CN105643593A - 一种(3t)&2r五自由度解耦混联机构 - Google Patents

Abstract

一种(3T)&2R五自由度解耦混联机构，其包括一个并联机构(3T)和连接并联机构的一个串联支链2R，并联机构由基座、动平台、以及连接基座和动平台的三个分支。所述基座两相邻底边安装导轨，所述导轨的中心线与定平台底面平行，分支一由一个移动副和两个轴线平行转动副和一个平行四边形铰链，以及连接它们的连杆组成；分支二由一个移动副和两个轴线平行转动副和一个平行四边形铰链，以及连接它们的连杆组成。分支三由三个方向互相垂直移动副和连接它们的两个连杆组成：连接动平台支链由两个轴线相互垂直的转动副组成。本发明结构稳定，制造成本低，能够实现动平台沿平行于定平台方向及垂直于定平台的三个移动和绕平行于基座轴线和垂直于基座的两个转动，各运动解耦，易于控制，运动空间大，承载力强。

Description

一种(3T)&2R五自由度解耦混联机构

所属技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦混联机构。

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，已在焊接、喷漆、搬运、汽车装配、医疗等领域得到了应用。

少自由度并联机构设计与创新是混联机构的设计一个重要前提，由于混联机器人包涵并联结构，并联机构存在运动耦合性强的问题。混联机器人耦合性的存在使得机构在机构设计、计算分析和运动控制等方面存在着诸多问题。因此，为简化混联机器人的控制过程，提高混联机构的解耦性已经成为机构学研究领域的热点问题。

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。在五自由度混联机器人构型研究中，AdeptTechnology公司的5自由度AdeptQuattro机器人，由3平移1转动的4自由度并联机构的动平台再串联一个转动自由度构成。中国专利文献CN1524662A提出了非对称空间5自由度混联机器人接其优点是模块化设计，可实现即插即用，运动构件数量少，可降低运动过程中构件间产生干涉的可能性，具有高速度、高精度、高刚度的性能和工作空间大的特点。上述发明机构虽然机构动平台能实现五自由度运动，但是能实现解耦的混联机构十分稀少，大部分混联机构的解耦性并没有很好解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构稳定、易于控制、运动解耦的三移两转五自由度混联机器人。本发明由一个并联机构(3T)和连接并联机构的一个串联支链2R组成(3T)&2R五自由度解耦混联机构。并联机构由基座、动平台、以及连接基座和动平台的三个分支。所述基座两相邻底边安装导轨，所述导轨的中心线与定平台底面平行，分支一由一个移动副和两个轴线平行转动副和一个平行四边形铰链，以及连接它们的连杆组成；分支二由一个移动副和两个轴线平行转动副和一个平行四边形铰链，以及连接它们的连杆组成；分支三由三个方向互相垂直移动副和连接它们的两个连杆组成；连接动平台支链由两个轴线相互垂直的转动副组成。

其中，其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，该平行四边形铰链的另一端通过转动副与动平台连接；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。

分支一中，移动副的移动方向与分支二中转动副和移动副方向垂直；分支二第一连杆的一端通过移动副与基座连接，另一端与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链另一端通过转动副与第二连杆连接，第二连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中移动中心线和两个转动副轴线平行；分支三第一连杆的一端通过移动副与基座连接，另一端通过移动副与第二连杆连接。第二连杆另一端通过移动副与动平台连接，由三个移动副方向互相垂直；连接动平台支链四连杆通过转动副与动平台连接，另一端通过转动副与机构末端连接。其两个转动副轴线相互垂直。

分支一中与定平台连接的移动副通过滚珠丝杆驱动实现；上述分支二中与定平台连接移动副通过滚珠丝杆驱动实现；上述分支三中与定平台连接的移动副通过气缸驱动；与动平台连接的转动副通过伺服电机驱动；末端的转动副通过伺服电机驱动。最终实现五个输入五个输出运动解耦的混联机器人。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、结构稳定，运动副有低副也有复合运动副，装配简单，制造成本低；

2、实现了空间三个移动自由度和两个转动自由度解耦；

3、所有输入驱动全部与平台相连，这样减少了杆件的负载，具有良好的运动性和稳定性及较大的操作空间。

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

在图2所示的一种三移两转五自由度解耦空间混联机构示意图中，基座1动平台8为长方形结构，该基座的相邻两边部有导轨2和14，导轨的中心线与定底面平行；分支一中的第一连杆的一端通过移动副3与导轨2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，5的另一端通过转动副7与动平台8连接；分支二中的第一连杆通过移动副13与基座导轨14连接，该第一连杆的另一端与平行四边形铰链12一端连接，该平行四边形铰链的另一端通过移动副11与连杆10连接；连杆10的另一端通过转动副9与动平台8连接；分支三中的第一连杆16的一端通过转动副15与基座连接，该第一连杆的另一端通过移动副17与第二连杆的18一端连接，该第二连杆的另一端通过移动副19与动平台连接。分支四中第连杆21通过转动副20与动平台连接，连杆另一端通过转动副22与机构末端连接。

分支一中的移动副2的移动方向转动副4、8轴线平行与分支二中的移动副14的移动方向转动副9、11轴线与分支三中移动副17方向平行，始终与动平台8平行。分支二中转动副9、11轴线与移动副13方向平行与分支3中转动副19方向平行。分支四中转动副20轴线与分支二中的转动副9、11轴线与移动副14方向平行。转动副22轴线垂直于基座平面。

Claims (2)

1.一种三移两转五自由度解耦混联机构，其包括一个并联机构和连接并联机构的一个支链，并联机构由基座、动平台、以及连接基座和动平台的三个分支。其特征在于：基座两相邻底边安装导轨，所述导轨的中心线与定平台底面平行，其分支一第一连杆的一端通过移动副与基座连接，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转动副与动平台一端连接，其中移动中心线和两个转动副轴线平行。分支一中，移动副的移动方向与分支二中转动副和移动副方向垂直；分支二第一连杆的一端通过移动副与基座连接，另一端与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链另一端通过转动副与第二连杆连接，第二连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中移动中心线和两个转动副轴线平行。分支三第一连杆的一端通过移动副与基座连接，另一端通过移动副与第二连杆连接。第二连杆另一端通过移动副与动平台连接，由三个移动副方向互相垂直；连接动平台支链四连杆通过转动副与动平台连接，另一端通过转动副与机构末端连接。其两个转动副轴线相互垂直。

2.根据权利要求1所述的一种解耦的三移两转五自由度混联机器人，其特征在于：上述分支一中与定平台连接的移动副通过滚珠丝杆驱动实现；上述分支二中与定平台连接移动副通过滚珠丝杆驱动实现；上述分支三中与定平台连接的移动副通过气缸驱动。与动平台连接的移动副通过伺服电机驱动，末端的转动副通过伺服电机驱动。