CN104875191A

CN104875191A - 一种(3t)&(2r)完全解耦混联机器人机构

Info

Publication number: CN104875191A
Application number: CN201510257143.5A
Authority: CN
Inventors: 曹毅; 秦友蕾; 李佳桐; 葛姝翌; 李保坤
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2015-09-02

Abstract

一种(3T)(2R)完全解耦混联机器人机构，主要由一个3T并联机构串接一个2R并联机构组成。3T并联机构由定平台、动平台以及连接两平台间的三条支链组成，其中支链一、二结构完全相同均由两个移动副、三个转动副、以及四个连杆构成；支链三由两个方向垂直移动副、两个轴线平行的转动副以及三个连杆组成。2T并联机构由动平台、末端平台以及连接两平台间的两条支链组成，其中支链四是由四个转动副以及三个连杆组成，支链五是由两个轴线垂直的转动副与末端平台连接。该机构驱动副均位于平台上，实现了三维移动和两维转动五自由度输入与输出一对一的控制。该设计具有运动完全解耦、精度高、响应速度快，易于控制等优点。

Description

一种(3T)&(2R)完全解耦混联机器人机构

所属技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种完全解耦三移两转混联机器人机构。

背景技术

串联机器人如ABB公司生产的IRB2600已被广泛的应用于焊接、码垛、喷涂、装配等领域，但其承载能力低，响应慢，使用范围受到了一定的限制。并联机器人由于其闭环多支链的结构，具有高承载和快响应等优点如Delta三移并联机器人广泛应用与食品包装等领域，然而相对串联机器人却存在运动空间小这一缺陷。于是人们将串联机构和并联机构结合起来，取长补短，进而得到了混联机器人。

目前混联机器人大多采用的是在并联机构串接一个串联机构形式，如中国发明专利文献CN102935639A、CN102133560A、CN103433918A、CN103624774A，然而串接在并联机构动平台上的串联支链降低了整个混联机构的性能。

中国发明专利CN1021790805A提出了一种适合需要进行点位控制场合的二态驱动混联机器人，其主要采用并联机构动平台串接一个并联机构形式，但是上述机构中都存在运动耦合的问题，因此需要一种新的技术方法解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双平台完全解耦的(3T)&(2R)型五自由度混联机器人机构，用以解决现有技术中五自由度混联机器人机构运动耦合，运动不易控制，需要进行点位控制场合的问题。

该机构由一个3T并联机构串接一个2R并联机构组成，其中(3T)并联机构由定平台、动平台以及连接两平台间的三条支链组成，(2R)并联机构由动平台、末端平台以及连接两平台间的两条支链组成。其中支链一、二结构完全相同均由两个移动副、三个转动副、以及四个连杆构成；支链三由两个方向垂直移动副、两个轴线平行的转动副以及三个连杆组成。2T并联机构由动平台、末端平台以及连接两平台间的两条支链组成，其中支链四由四个转动副以及三个连杆组成，支链五由两个轴线垂直的转动副与末端平台连接。

支链一、二中，第一个连杆的一端通过移动副与定平台连接，该连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆通过移动副与第四个连杆连接，连杆另一端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，其中第一个连杆两端的运动副方向平行，第二个连杆两端转动副轴线相互平行，第四个连杆两端的运动副中心线平行。

支链三中，第一个连杆通过方向垂直于定平台的移动副与定平台连接，连杆另一端通过移动副与第二个连杆连接，连杆另一端转动副与第三个连杆连接，连杆的另一端通过轴线垂直于动平台的转动副与动平台连接，其中第一个连杆两端两个移动副方向相互垂直，第二个连杆两端的运动副中心线相互垂直，第三个连杆两端转动副轴线相互平行。

支链四中第一个连杆通过轴线垂直于动平台的转动副与动平台连接，连杆另一端通过转动副与第二个连杆连接，连杆另一端转动副与第三个连杆连接，连杆的另一端通过转动副与末端平台连接，其中第一、二个连杆两端的轴线相互平行，第三个连杆两端转动副轴线相互垂直。

支链五中第一连杆通过轴线垂直动平台的转动副与动平台连接，连杆另一端通过转动副与末端平台连接，其中第一个连杆两端的转动副轴线垂直。

支链一、二中与定平台连接的移动副垂直布置，支链三中与动平台连接的转动副垂直于动平台支链四、五中与末端平台连接的转动副轴线共线。支链一、二中第一个连杆两端的移动副和转动副可以用圆柱副代替，与第三个连杆连接的移动副可以用一个转动副代替，支链三中第二个连杆一端移动副可以用转动副代替。与定平台连接的三个移动副为主动副，支链四中与动平台连接的转动副为主动副，支链五中与末端平台连接的转动副为主动副。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、该混联机构含有五条支链两个动平台，实现了三维移动两维转动运动输出，运动副均为简单副，结构简单，同时各支链中各含有一个主动副且位于平台上降低了运动惯性，具有良好的运动特性；

2、该机构末端运动雅克比矩阵为5×5对角矩阵且对角元素相同，运动完全解耦，实现了运动输入输出间一对一的控制关系，且机构在运动空间具有完全各向同性，具有良好的控制性；

3、本结构采用双并联结构，可应用于高精度、高速度领域以及不需要连续运动的场合具有较高的实用价值和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的立体示意简图。

图2是整体示意结构简图。

具体实施方式

一种(3T)&(2R)完全解耦混联机器人机构，如图1、2所示，该机构由一个(3T)并联机构串接一个(2R)并联机构。(3T)并联机构由定平台、动平台28以及连接两平台间的三条支链组成。支链一中，第一个连杆3的一端通过移动副2与定平台滑竿1连接，连杆3的另一端通过转动副4与第二个连杆5连接，连杆5另一端通过转动副6与第三个连杆7连接，连杆7通过移动副8与第四个连杆9连接，连杆9另一端通过轴线平行于动平台的转动副10与动平台28连接，其中移动副2和转动副4、6轴线相互平行，移动副8中心线和转动副10轴线平行。

支链二中，第一个连杆13的一端通过移动副12与定平台滑竿11连接，连杆13的另一端通过转动副14与第二个连杆15连接，连杆5另一端通过转动副16与第三个连杆17连接，连杆17通过移动副18与第四个连杆19连接，连杆19另一端通过轴线平行于动平台的转动副20与动平台28连接，其中移动副12和转动副14、16轴线相互平行，移动副18中心线和转动副20轴线平行。

支链三中，连杆22通过方向垂直于定平台的移动副21与定平台连接，连杆另一端通过移动副23与连杆24连接，连杆24另一端转动副25与连杆26连接，连杆26的另一端通过轴线垂直于动平台的转动副27与动平台28连接，其中连杆22两端两个移动副21、23方向相互垂直，连杆24两端的运动副中心线相互垂直，连杆26两端转动副轴线相互平行。

(2R)并联机构由动平台28、末端平台39以及连接两平台间的两条支链组成。其中，支链四中连杆30通过轴线垂直于动平台的转动副29与动平台28连接，连杆30另一端通过转动副31与连杆32连接，连杆32另一端通过转动副33与连杆34连接，连杆34的另一端通过转动副35与末端平台39连接，其中转动副29、31、33轴线相互平行，连杆34两端转动副33、35轴线相互垂直；支链五中连杆37通过轴线垂直动平台的转动副36与动平台28连接，连杆37另一端通过转动副38与末端平台39连接，其中连杆37两端的转动副36、38轴线垂直。

支链一、二中与定平台连接的移动副2、12中心线相互垂直，支链四、五中与末端平台连接的转动副35、38轴线共线。支链一中主动副为移动副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；支链二中主动副为移动副12方向的移动，其驱动机构可通过电机带动丝杆机构，支链三中主动副为移动副22方向的移动，其驱动机构可通过气缸或液压缸驱动：支链四中主动副为与末端平台连接的转动副35，控制动平台绕35轴线方向的转动，可通过伺服电机驱动；支链五中主动副为与动平台连接的转动副36，可通过伺服电机驱动。最终实现该机构三移两转一对一的输入与输出运动关系。

Claims

1.一种(3T)&(2R)完全解耦混联机器人机构，其特征在于：一个3T并联机构串接一个2R并联机构组成，其中(3T)并联机构由定平台、动平台以及连接两平台间的三条支链组成，(2R)并联机构由动平台、末端平台以及连接两平台间的两条支链组成。支链一、二中，第一个连杆的一端通过移动副与定平台连接，该连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆通过移动副与第四个连杆连接，连杆另一端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，其中第一个连杆两端的运动副方向平行，第二个连杆两端转动副轴线相互平行，第四个连杆两端的运动副中心线平行；支链三中，第一个连杆通过方向垂直于定平台的移动副与定平台连接，连杆另一端通过移动副与第二个连杆连接，连杆另一端转动副与第三个连杆连接，连杆的另一端通过轴线垂直于动平台的转动副与动平台连接，其中第一个连杆两端两个移动副方向相互垂直，第二个连杆两端的运动副中心线相互垂直，第三个连杆两端转动副轴线相互平行；支链四中第一个连杆通过轴线垂直于定平台的转动副与动平台连接，连杆另一端通过转动副与第二个连杆连接，连杆另一端转动副与第三个连杆连接，连杆的另一端通过转动副与末端平台连接，其中第一、二个连杆两端的轴线相互平行，第三个连杆两端转动副轴线相互垂直；支链五中第一连杆通过轴线垂直动平台的转动副与动平台连接，连杆另一端通过转动副与末端平台连接，其中第一个连杆两端的转动副轴线垂直。

2.按照权利要求1所述的一种(3T)&(2R)完全解耦混联机器人机构，其特征在于：上述支链一、二中与定平台连接的移动副垂直布置，支链三中与动平台连接的转动副垂直于动平台支链四、五中与末端平台连接的转动副轴线共线。

3.按照权利要求1所述的一种(3T)&(2R)完全解耦混联机器人机构，其特征在于：上述支链一、二中第一个连杆两端的移动副和转动副可以用圆柱副代替，与第三个连杆连接的移动副可以用一个转动副代替，支链三中第二个连杆一端移动副可以用转动副代替。

4.按照权利要求1所述的一种(3T)&(2R)完全解耦混联机器人机构，其特征在于：上述与定平台连接的三个移动副为主动副，支链四中与动平台连接的转动副为主动副，支链五中与末端平台连接的转动副为主动副。