CN105619386B - 一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人装置 - Google Patents

一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人装置 Download PDF

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Abstract

一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人装置，由一条空间复杂支链、两条相同的第Ⅱ支链、第III支链组成，空间复杂支链包含1条主链和1条副链，主链上，杆二(2)的一端与静平台(0)以转动副一(R11)连接，杆二(2)的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形((4R)1)的一端短边杆一(3)用转动副二(R12)连接，平行四边形的另一端短边杆二(4)用转动副三(R13)与动平台(1)连接；且这三个转动副的轴线相互平行；副链的结构与主链基本相同，但其未端的转动副六(R33)与主链未端的转动副三(R13)的轴线必须重合；第Ⅱ支链、第III支链的结构与空间复杂支链的主链完全相同；与动平台(1)连接的三个转动副三的轴线必须相互平行。该种并联装置结构简单、制造容易、耦合度低(k＝1)。

Description

一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人 装置
技术领域
本发明涉及一种低耦合度三运动副动平台的并联机器人装置，为机器人操作手等提供一个新型的三平移一转动并联装置。
背景技术
并联结构的装置，特别是实现空间三平移功能的Delta操作手，已在高速抓放、定位装配、搬运、分拣、上下料等工艺上发挥了很好的作用；而具有三平移一转动功能的并联操作手，在需要调整工件姿态的场合下，更是不可缺少。为此，1988年R.Clavel在三平移Delta 操作手的基础上，再串联一条R-U-P-U-R支链或S-P-S支链，构成了一个具有三平移一转动功能的混联操作手；2003年杨廷力申请的专利200310106012.4，提出了一组5个三平移一转动并联机构，但没有研制样机；2000后Pierrot等相继发明了H4、I4、Par4系列的四自由度 SCARA型(即三平移一转动)操作手，黄田教授开发了四自由度三平移一转动的Cross-IV型高速搬运机器人；而专利201210435375.1提出了一种单平台实现三平移一转动的并联机构，并研制了样机。但上述这些机构结构复杂，机构耦合度k均较大(k＝2)，这使得机构的运动学正解和动力学求解十分困难，从而影响了开发与应用；因此，实现三平移一转动功能的新型结构和应用都需要发展，需要创造出优于现有机构的新机型。
发明内容
本发明的目的是要克服现有技术的不足而提供一类新的三平移一转动并联机器人装置，它们具有刚性好、结构较简单、易于精密加工；耦合度k低(k＝1)、运动学正解和动力学求解比较容易等优点。
本发明提供的一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人装置，由动平台1、静平台0以及连接动平台1、静平台0的一条空间复杂支链、两条相同的第Ⅱ支链、第III支链组成，其特征是：空间复杂支链包含1条主链和1条副链，主链上，杆二2的一端与静平台0以转动副一R11连接，杆二2的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形一(4R)1的一端短边杆一3用转动副二R12连接，平行四边形一的另一端短边杆二4用转动副三R13与动平台1连接；这三个转动副一R11、转动副二R12、转动副三R13 的轴线相互平行；副链上，杆三5的一端与静平台0以转动副四R31连接，且转动副四R31与转动副一R11的轴线平行，杆三5的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形二(4R)3的一端短边杆三6用转动副五R32连接，该平行四边形二的另一端短边杆四7用转动副六R33与平行四边形一(4R)1的短边杆二4连接，转动副六R33与转动副三R13的轴线重合，同样，三个转动副四R31、转动副五R32、转动副六R33的轴线相互平行；同时，第Ⅱ支链、第III支链的运动副类型与布置，与空间复杂支链的主链的运动副类型与布置，完全相同；进一步，与动平台1连接的转动副三R13、转动副七R23、转动副八R43的轴线必须相互平行。
其中，第Ⅱ支链、第III支链，可用任意两条无约束型S-S-R、S-S-P、S-P-S支链来替代；
与静平台0联接的四个转动副为驱动副，可以用移动副来替代；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该装置就分别成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目分别为三、二、一，其它的运动为派生运动。
附图说明
附图1为本发明的实施例之一的结构简图示意图。
附图2为本发明的实施例之二的结构简图示意图。
附图3为本发明的实施例之三的结构简图示意图。
附图4为本发明的实施例之四的结构简图示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。
附图1所示的并联机器人装置为本发明的实施例之一，其技术方案是这样的：一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人装置，由动平台1、静平台0以及连接动平台1、静平台0的一条空间复杂支链、两条相同的第Ⅱ支链与第III支链组成，空间复杂支链包含1条主链和1条副链，主链上，杆二2的一端与静平台0以转动副一R11连接，杆二2的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形一(4R)1的一端短边杆一3用转动副二R12连接，平行四边形一的另一端短边杆二4用转动副三R13与动平台1连接；这三个转动副一R11、转动副二R12、转动副三R13的轴线相互平行；副链上，杆三5的一端与静平台0以转动副四R31连接，且转动副四R31与转动副一R11的轴线平行，杆三5的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形二(4R)3的一端短边杆三6用转动副五R32连接，该平行四边形二的另一端短边杆四7用转动副六R33与平行四边形一(4R)1的短边杆二4连接，转动副六R33与转动副三R13的轴线重合，同样，三个转动副四R31、转动副五R32、转动副六R33的轴线相互平行；同时，第Ⅱ支链、第III支链的运动副类型与布置，与空间复杂支链的主链的运动副类型与布置完全相同；进一步，与动平台1连接的转动副三R13、转动副七R23、转动副八R43的轴线必须相互平行；
当与静平台0联接的四个转动副R11、R2、R41、R31为驱动时，就可使动平台1实现三维平移及绕动平台1上转动副五R15轴线的一维转动输出；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该装置就分别成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目分别为三、二、一，其它的运动为派生运动。
对附图1所示实施例之一中的第Ⅱ、第III支链，用两条无约束支链S-S-R来替代，即构成附图2所示的本发明实施例之二的结构简图示意图。
对附图2所示实施例之二，将其动平台1上的球副S22、S32合并一个二重球副S22(S32)，即构成附图3所示的本发明实施例之三的结构简图示意图。
对附图3所示的实施例之三，为制造方便，将其动平台1上的二重球副S22(S32)，拉开后布置在一个构件上，即构成附图4所示的本发明实施例之四的结构简图示意图。
这些装置都具有刚性好、结构较简单、易于精密加工，以及耦合度k小(k＝1)、其运动学正解和动力学求解比较容易等优点。

Claims (3)

1.一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人装置，由动平台(1)、静平台(0)以及连接动平台(1)、静平台(0)的一条空间复杂支链、两条相同的第Ⅱ支链与第III支链组成，其特征是：空间复杂支链包含1条主链和1条副链，主链上，杆二(2)的一端与静平台(0)以转动副一(R11)连接，杆二(2)的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形一((4R)1)的一端短边杆一(3)用转动副二(R12)连接，平行四边形一的另一端短边杆二(4)用转动副三(R13)与动平台(1)连接；这三个转动副一(R11)、转动副二(R12)、转动副三(R13 )的轴线相互平行；副链上，杆三(5)的一端与静平台(0)以转动副四(R31)连接，且转动副四(R31)与转动副一(R11)的轴线平行，杆三(5)的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形二((4R)3)的一端短边杆三(6)用转动副五(R32)连接，该平行四边形二((4R)3)的另一端短边杆四(7)用转动副六(R33)与平行四边形一((4R)1)的短边杆二(4)连接，转动副六(R33)与转动副三(R13)的轴线重合，同样，三个转动副四(R31)、转动副五(R32)、转动副六(R33)的轴线相互平行；同时，第Ⅱ支链、第III支链的运动副类型与布置，与空间复杂支链的主链的运动副类型与布置，完全相同；进一步，与动平台(1)连接的转动副三(R13)、转动副七(R23)、转动副八(R43)的轴线必须相互平行。
2.按权利要求1所述的低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人装置，其特征在于：第Ⅱ支链、第III支链，可用任意两条无约束型S-S-R、S-S-P、S-P-S支链来替代。
3.按权利要求1或2所述的低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人装置，其特征在于：与静平台(0)联接的四个转动副为驱动副，可以用移动副来替代；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该装置就分别成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目分别为三、二、一，其它的运动为派生运动。
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