CN104875188A - 一种(2t1r)&2r完全各向同性混联机器人机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种(2T1R)2R完全各向同性混联机器人机构，其包括一个并联机构(2T1R)和一个串联支链2R，(2T1R)并联机构由定平台、动平台、以及连接两平台之间的三个分支组成。分支一是由一个移动副、一个转动副、一个平行四边形铰链，一个万向铰以及连接它们之间的连杆组成；分支二由一个移动副、一个平行四边形铰链、两个转动副以及连接它们之间的连杆组成；分支三由三个转动副、一个移动副以及连接它们之间的连杆组成；连接动平台串联支链分支四由两个转动副组成。定平台连接的运动副和分支四为主动副，该设计结构稳定，能实现动平台沿水平方向的两个移动和空间三维转动的运动，运动学完全各向同性，易于控制，传递性能好。

Description

一种(2T1R)&2R完全各向同性混联机器人机构

所属技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间完全各向同性混联机器人机构。

背景技术

混联机器人同时兼具串联机器人工作空间大、易控制，并联器人结构稳定、刚度大、误差积累少、动态性能好、易求得运动学反解等各自的优点，同时又能避免单纯串、并联构型缺点，在现代制造业中更具有实用性。己在焊接、喷漆、搬运、汽车装配、医疗等领域得到了应用。

在五自由度混联机器人研究中，哈尔滨量具刃具集团有限责任公司推出了一种全新结构的加工中心LINKS-EXE700，整个并联部分3T和串联部分2R构成一个具有5个自由度的混联机器人。对于三自由度并联机构的解耦性研究取得一些进展，例如，中国专利文献CN102699907A提出了三自由度移动解耦并联机器人机构，该机构不仅编程容易，制造及控制精度也易提高，运动解耦。对于五自由度混联机构的解耦性研究取得一些进展，例如，中国专利文献CN102133560A一种多喷枪协同式喷涂五轴混联机器人，具有结构简单、制造容易、控制解耦、运动工作空间大、定位精度高等优点。上述发明机构还没有能够实现两移动三转动的混联机器人机构，解耦性和运动学各向同性也没有很好解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刚性好、易于控制、运动学各向同性及输入输出完全解耦的两移动三转动五自由度混联机器人机构。该机构由一个(2T1R)并联机构和一个串接在并联机构串联2R支链组成。其中并联机构由定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的三个分支组成，所述定平台为长方形，动平台为类三角形，定平台为长方形，动平台为类三角形，该定平台的相邻两边设有两相互垂直导轨。

分支一是由一个移动副和一个转动副一个平行四边形铰链，一个万向铰以及连接它们的连杆组成。分支一中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链另一端通过万向铰与动平台一端连接。

分支二由一个移动副和一个平行四边形铰链以及两个转动副以及连接它们的连杆组成。第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链的另一端通过转动副与动平台连接；分支三由三个转动副一个移动副和连接它们的三个连杆组成。

分支三中的第一连杆通过转动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过移动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接；连接动平台支链分支四由两个转动副组成。第一连杆通过转动副与动平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与机构末端连接。

上述分支一中，移动副的移动方向和与动平台连接的转动副的轴线平行，且和万向铰中一个的轴线垂直。在分支二中，移动副的移动方向和转动副的轴线平行；在分支三中，移动副方向与定平台平行，除与定平台连接的转动副外，其它两个转动副的轴线平行，且与和定平台连接的转动副的轴线垂直；分支四中两个转动副轴线相互垂直与动平台连接的转动副轴线平行于动平台，机构末端转动副轴线方向与动平台垂直。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、实现了空间两个移动和三个转动五自由度动作，同时机构末端速度雅克比矩阵为单位矩阵，运动学完全各向同性，具有良好的运动传递性能；

2、所有输入驱动全部与平台相连，这样减少了杆件的负载，具有良好稳定性及较快的反应速度。

附图说明

图1是本发明的立体示意简图。

图2整体示意结构简图。

具体实施方式

一种(2T1R)&2R完全各向同性混联机器人机构，如图1、2所示定平台18为长方形结构，动平台10为类三角形结构，该定平台的相邻两边设有直角导轨1和17，直角滑轨的中心线与底面平行。

分支一中的第一连杆3的一端通过移动副2与导轨1连接，该连杆的另一端通过转动副4与平行四边形铰链5的一端连接，该平行四边形铰链的另一端通过万向铰7与动平台10连接。其中的移动副2的移动方向与底面平行。转动副4和万向铰转动轴线8平行同时与转动轴线9垂直。平行四边形铰链5中的转动副轴线与转动副4平行。

分支二中的第一连杆通过移动副16与导轨17连接，该第一连杆15的另一端通过转动副14与平行四边形铰链13一端连接，该平行四边形铰链的另一端通过转动副11与动平台10连接。其中移动副16的中心线方向与移动副2的中心线垂直，第一个连杆15两端的运动副轴线平行，转动副11、14与平行四边形铰链13的转动副轴线方向平行。

分支三中的第一连杆20的一端通过转动副19与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副21与第二连杆22的一端连接，该第二连杆的另一端通过移动副23与第三连杆24的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副25与动平台连接。其中第一个连杆20两端的转动副19、21轴线相互垂直，第二个连杆22两端的运动副21、23中心线相互垂直，第三个连杆24两端的运动副25、23中心线相互垂直，转动副25轴线垂直于动平台10，平行于转动副21。

分支四第一连杆30的一端通过转动副27与动平台连接，该第一连杆的另一端通过转动29与机构末端连接。其中第一个连杆30两端的转动副27、29轴线相互垂直。

支链一中移动副2为的输入驱动，控制机构沿移动副2方向的移动，其驱动机构可通过直线伺服电机或电机带动丝杆机构；支链二中移动副16为的输入驱动，控制机构沿移动副2方向的移动，其驱动机构可通过直线伺服电机或电机带动丝杆机构；支链三中转动副19为的输入驱动，控制机构绕19轴线的转动，其驱动机构可通过伺服电机驱动；支链四中转动副27、30为的输入驱动，控制机构分别绕27、30轴线的转动，其驱动机构可通过伺服电机驱动；最终实现该机构两移三转一对一的输入与输出运动关系。

Claims (3)

1.一种(2T1R)&2R完全各向同性混联机器人机构，其包括定平台、动平台、连接动平台的串联支链分支四以及连接定平台和动平台的三个分支，其特征在于：其定平台为长方形结构，动平台为类三角形。该定平台的相邻两边设有导轨，两导轨的中心线相互垂直且均与定平台底面平行；分支一是由一个移动副和一个转动副一个平行四边形铰链，一个万向铰以及连接它们的连杆组成。第一连杆的一端通过移动副与定平台连接。该第一连杆的另一端通过转动副与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链另一端通过万向铰与动平台连接，其中第一个连杆两端的运动副中心线相互平行，平行四边形铰链轴线平行于转动副轴线，万向铰两个相互垂直轴线平行于动平面；分支二是由一个移动副和一个平行四边形铰链以及两个转动副以及连接它们的连杆组成。第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链的另一端通过转动副与动平台连接。其中第一个连杆两端的运动副中心线相互平行，平行四边形铰链轴线和两个转动副轴线相互平行；分支三是由三个转动副一个移动副和连接它们的三个连杆组成；连接动平台支链分支四由两个转动副组成。第一连杆通过转动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过移动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接，其中第一个连杆两端的转动副轴线相互垂直，第二个连杆两端的运动副中心线相互垂直，第三个连杆两端的运动副3中心线相互垂直，与动平台连接的转动副轴线垂直于动平台；分支四是由两个转动副组成。第一连杆通过转动副与动平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与机构末端连接，其中第一个连杆两端的转动副轴线相互垂直，与动平台连接的转动副轴线平行于动平台。

2.根据权利要求1所述的一种(2T1R)&2R完全各向同性混联机器人机构，其特征在于：分支一和分支二中移动副方向相互垂直，支链三与定平台连接的转动副轴线平行于支链二中的移动副方向。

3.根据权利要求1所述的一种(2T1R)&2R完全各向同性混联机器人机构其特征在于：定平台连接的两个移动副一个转动副和分支四中两个转动副分别为机构的输入驱动。