CN105364913A - 一种基于2r1t并联机构的五自由度混联机器人 - Google Patents

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一种基于2R1T并联机构的五自由度混联机器人，其包括固定平台、移动平台、L型立架、动平台、三条支链和单自由度摇摆头，其中固定平台上面设有移动平台，在固定平台侧面设有L型立架，在该L型立架顶平台和动平台之间设有三条支链，在动平台下方设有单自由度摇摆头。第一和第三支链结构相同，第二支链中的U副靠近L型支架的轴线与第一、三支链中的两转动副轴线相互平行，U副靠近连接杆的轴线与第二支链中的转动副轴线平行且垂直于移动副轴线，第二支链中的转动副轴线平行于第一、三支链中两U副靠近动平台的轴线。本发明结构简单、便于实时控制，有利于增大机床的工作空间，提高机床的灵敏度。

Description

一种基于2R1T并联机构的五自由度混联机器人
技术领域
本发明属于工业机器人领域，特别涉及一种混联机器人。
背景技术
在工业机器人应用领域，多自由度混联机器人可以应用在曲面加工、焊接、切割、装配、分选等领域，具有很好的应用前景。机器人技术的发展已成为现代工业制造的标志，结合并联机构结构紧凑、刚度高、动态响应快和串联结构灵活性好、工作空间大的特点，综合出的混联机器人得到了广泛的关注和研究，已成为机器人和机构学领域一大研究热点。
基于具有两条连续转轴的2R1T并联机构构造出的五自由度混联机器人结合了串联机构和并联机构的优点，整体刚度大、模块化程度高，易于实现轨迹规划、运动学参数标定和运动控制，基于此类并联机构构造出的混联机器人具有很好的应用前景。目前，Exechon五轴加工中心的核心功能部件2R1T并联机构2UPR/SPR关节数目少，仅有10个单自由度关节，是目前该类型混联机器人当中关节数目最少的，但并联机构2UPR/SPR不具有两条连续转轴，专利CN102672709B授权公布的五自由度混联机器人，其并联部分同样不具有两条连续转轴，导致其运动学模型较为复杂，增加了轨迹规划、运动学参数标定以及运动控制的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刚度大、承载能力强、运动学分析简单、关节数目少、易于加工制造、便于实时控制的基于2R1T并联机构的五自由度混联机器人。
本发明主要包括固定平台、移动平台、L型立架、动平台、三条支链和单自由度摇摆头，其中固定平台上面设有移动平台，在固定平台侧面设有L型立架，在该L型立架顶平台和动平台之间设有三条支链，在动平台下方设有单自由度摇摆头。
在所述固定平台正中的一端设有电机座，移动平台电机固定在电机座上，电机的输出端通过联轴器与移动平台丝杠的一端相连，该移动平台丝杠的这一端通过固定在移动平台电机座上的移动平台丝杠上支座进行支撑，该移动平台丝杠的另一端通过设在固定平台另一侧的丝杠下支座进行支撑，所述移动平台丝杠的有效行程部分与移动平台螺母连接；该移动平台螺母固定在移动平台底部；所述移动平台通过均布在移动平台底部的移动平台滑块与对称固定在移动平台丝杠两侧的固定平台上的两个移动平台导轨相连。
所述L型立架的竖板下端为凹型，跨设在固定平台的一侧，该L型立架的顶平台上设有呈等腰三角形布置的通孔，在每个通孔的两侧均设有运动副支座；三条支链分别设在上述通孔内，第一支链和第三支链设在靠L型立架的竖板一侧底边平行的通孔内，第二支链设在顶角的通孔内，第一支链和第三支链的运动平面处于同一平面，第二支链的运动平面与第一支链和第三支链的运动平面始终垂直；
第一支链和第三支链结构相同，为RPU结构，主要包括连接杆、电机、导轨、转动副轴、联轴器、丝杠、丝杠支座和U副；其中在连接杆的上半部设有相互平行的两个导轨，每个导轨上均设有滑块，该滑块固定在转动副轴的底部，该转动副轴的两端分别与上述通孔两侧的运动副支座转动联接，电机座固定在转动副轴的上端，电机固定在电机座上；在连接杆的下半部中间设有单导轨，丝杠上支座固定在上述转动副轴的下端，丝杠的一端通过联轴器与电机输出端相连，丝杠螺母固定在连接杆上，套在丝杠上的丝杠下支座设在单导轨上，可上下滑动，构成移动副；该连杆的下端通过U副与动平台连接；
上述第一和第三支链中的两转动副轴线相互平行，并平行于U副靠近连接杆的轴线、垂直于移动副轴线，两U副靠近动平台的轴线重合；
第二支链为UPR结构，支链中的转动副轴与另一个转动副轴转动联接，形成U副转动轴，该U副转动轴的两端分别与上述通孔两侧的运动副支座转动联接，该支链中连接杆的下端通过转动副与动平台连接，该第二支链的其它部件和连接方式与第一和第三支链相同；
上述第二支链中的U副靠近L型支架的轴线与第一、三支链中的两转动副轴线相互平行，U副靠近连接杆的轴线与第二支链中的转动副轴线平行且垂直于移动副轴线，第二支链中的转动副轴线平行于第一、三支链中两U副靠近动平台的轴线。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.结构简单，并联部分的关节数目少仅为9个，有利于提高结构的整体刚度；
2.并联部分为2R1T并联机构，具有两条连续转轴，两转动自由度部分解耦，有利于降低控制的难度；
3.第一支链与第三支链的运动平面重合与第二支链的运动平面垂直，对称分布，运动学分析简单，便于实时控制；
4.单自由度摇摆头与动平台的结合，有利于增大机床的工作空间，提高机床的灵敏度；
5.移动平台与并联部分独立，有效的避免了由于零部件加工误差和装配误差引起的误差积累。
附图说明
图1为本发明的立体示意简图；
图2为本发明移动平台的结构示意图；
图3为本发明第一和第三支链的结构示意简图；
图4为本发明第二支链的结构示意简图。
图中：1：固定平台、2：移动平台、3：L型支架、4：第一支链、5：运动副支座、6：第二支链、7：第三支链、8：动平台、9：单自由度摇摆头、10：移动平台丝杠下支座、11：移动平台丝杠、12：移动平台电机座、13：移动平台电机、14：移动平台导轨、15：移动平台螺母、16：移动平台滑块、17：移动平台丝杆上支座、18：移动平台联轴器、19：导轨A、20：连接杆、21：支链电机座、22：支链联轴器、23：U副、24：支链电机、25：滑块、26：转动副轴、27：支链丝杠上支座、28：丝杠螺母、29：支链丝杠、30：支链丝杠下支座、31：导轨B、32：U副外轴、33：转动副
具体实施方式
在图1所示的基于2R1T并联机构的五自由度混联机器人示意图中，固定平台1上面设有移动平台2，在固定平台侧面设有L型立架3，在该L型立架顶平台和动平台8之间设有第一支链4、第二支链7、第三支链6，在动平台下方设有单自由度摇摆头9。
在所述固定平台正中设有移动平台电机座12，移动平台电机13固定在移动平台电机座上，移动平台电机的输出端通过移动平台联轴器18与移动平台丝杠11的一端相连，该移动平台丝杠的这一端通过固定在移动平台电机座12上的移动平台丝杠上支座17进行支撑，该移动平台丝杠的另一端通过固定平台上的移动平台丝杠下支座10进行支撑，所述移动平台丝杠的有效行程部分与移动平台螺母15连接；该移动平台螺母固定在移动平台底部；所述移动平台通过均布在移动平台底部的移动平台滑块16与对称固定在移动平台丝杠两侧的固定平台上的两个移动平台导轨14相连，移动平台丝杠上设有螺母15，如图2所示。
所述L型立架的竖板下端为凹型，跨设在固定平台的一侧，该L型立架的顶平台上设有呈等腰三角形布置的通孔，在每个通孔的两侧均设有运动副支座5；三条支链分别设在上述通孔内，第一支链和第三支链设在靠近L型立架竖板的一侧的通孔内，第二支链设在顶角的通孔内，第一支链和第三支链的运动平面处于同一平面，第二支链的运动平面与第一支链和第三支链的运动平面始终垂直；
如图3所示，第一支链和第三支链结构相同，为RPU结构，它们中的连接杆20的上半部设有相互平行的两个导轨A19，每个导轨上均设有滑块25，该滑块固定在转动副轴26的底部，该转动副轴的两端分别与上述通孔两侧的运动副支座转动联接，支链电机座21固定在转动副轴的上端，支链电机24固定在电机座上；在连接杆的下半部中间设有单导轨B31，支链丝杠上支座27固定在上述转动副轴的下端，支链丝杠29的一端通过支链联轴器22与支链电机输出端相连，丝杠螺母28固定在连接杆上，套在支链丝杠29上的支链丝杠下支座30设在单导轨上，可上下滑动，构成移动副；该连杆的下端通过U副23与动平台连接；
上述第一和第三支链中的两转动副轴线相互平行，并平行于U副靠近连接杆的轴线、垂直于移动副轴线，两U副靠近动平台的轴线重合；
如图4所示，第二支链为UPR结构，支链中的转动副轴与另一个转动副轴转动联接，形成U副转动轴32，该U副转动轴的两端分别与上述通孔两侧的运动副支座转动联接，该支链中连接杆的下端通过转动副33与动平台连接，该第二支链的其它部件的连接方式与第一和第三支链相同；
上述第二支链中的U副靠近L型支架的轴线与第一、三支链中的两转动副轴线相互平行，U副靠近连接杆的轴线与第二支链中的转动副轴线平行且垂直于移动副轴线，第二支链中的转动副轴线平行于第一、三支链中两U副靠近动平台的轴线。

Claims (3)

1.一种基于2R1T并联机构的五自由度混联机器人，它包括固定平台、移动平台、L型立架、动平台、三条支链和单自由度摇摆头，其特征在于：所述固定平台上面设有移动平台，在固定平台侧面设有L型立架，在该L型立架顶平台和动平台之间设有三条支链，在动平台下方设有单自由度摇摆头；
在所述固定平台正中的一端设有电机座，移动平台电机固定在电机座上，电机的输出端通过联轴器与移动平台丝杠的一端相连，该移动平台丝杠的这一端通过固定在移动平台电机座上的移动平台丝杠上支座进行支撑，该移动平台丝杠的另一端通过设在固定平台另一侧的丝杠下支座进行支撑，所述移动平台丝杠的有效行程部分与移动平台螺母连接；该移动平台螺母固定在移动平台底部；所述移动平台通过均布在移动平台底部的移动平台滑块与对称固定在移动平台丝杠两侧的固定平台上的两个移动平台导轨相连；
所述L型立架的竖板下端为凹型，跨设在固定平台的一侧，该L型立架的顶平台上设有呈等腰三角形布置的通孔，在每个通孔的两侧均设有运动副支座；三条支链分别设在上述通孔内，第一支链和第三支链设在靠L型立架的竖板一侧底边平行的通孔内，第二支链设在顶角的通孔内，第一支链和第三支链的运动平面处于同一平面，第二支链的运动平面与第一支链和第三支链的运动平面始终垂直；
所述第一支链和第三支链结构相同，为RPU结构，主要包括连接杆、电机、导轨、转动副轴、联轴器、丝杠、丝杠支座和U副；其中在连接杆的上半部设有相互平行的两个导轨，每个导轨上均设有滑块，该滑块固定在转动副轴的底部，该转动副轴的两端分别与上述通孔两侧的运动副支座转动联接，电机座固定在转动副轴的上端，电机固定在电机座上；在连接杆的下半部中间设有单导轨，丝杠上支座固定在上述转动副轴的下端，丝杠的一端通过联轴器与电机输出端相连，丝杠螺母固定在连接杆上，套在丝杠上的丝杠下支座设在单导轨上，可上下滑动，构成移动副；该连杆的下端通过U副与动平台连接；
所述第二支链为UPR结构，支链中的转动副轴与另一个转动副轴转动联接，形成U副转动轴，该U副转动轴的两端分别与上述通孔两侧的运动副支座转动联接，该支链中连接杆的下端通过转动副与动平台连接，该第二支链的其它部件和连接方式与第一和第三支链相同。
2.根据权利要求1所述的基于2R1T并联机构的五自由度混联机器人，其特征在于：所述第一和第三支链中的两转动副轴线相互平行，并平行于U副靠近连接杆的轴线、垂直于移动副轴线，两U副靠近动平台的轴线重合。
3.根据权利要求1所述的基于2R1T并联机构的五自由度混联机器人，其特征在于：所述第二支链中的U副靠近L型支架的轴线与第一、三支链中的两转动副轴线相互平行，U副靠近连接杆的轴线与第二支链中的转动副轴线平行且垂直于移动副轴线，第二支链中的转动副轴线平行于第一、三支链中两U副靠近动平台的轴线。
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