CN105643600A - 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机构 - 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机构 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构，由动平台(1)、静平台(0)、1条空间复杂支链、及第Ⅱ支链与第III支链组成，空间复杂支链I包含1条主链和1条副链，主链上，驱动杆一(2)的一端与静平台(0)以转动副一(R11)连接，驱动杆一(2)的另一端与平行四边形一的短边杆一(3)用转动副二(R12)连接，另一短边杆二(4)用转动副三(R13)与连接杆一(5)的一端连接，而连接杆一(5)的另一端与动平台(1)用转动副四(R14)连接；转动副一(R11)、转动副二(R12)、转动副三(R13)的轴线相互平行，但与转动副四(R14)的轴线垂直；副链、第Ⅱ支链、第III支链的结构与主链相同，但副链与静平台(0)连接的转动副五(R21)与主链上转动副一(R11)的轴线不平行，其未端的转动副八(R24)与主链未端的转动副四(R14)的轴线须重合；该种并联机构结构简单、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机构
技术领域
本发明涉及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机构，为机器人操作手等提供一个新型的三平移一转动并联机器人机构。
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结构，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机构，由动平台(1)、静平台(0)以及连接动平台(1)、静平台(0)的1条空间复杂支链I和2条相同第Ⅱ支链、第III支链组成，空间复杂支链I包含1条主链和1条副链，主链上，驱动杆一(2)的一端与静平台(0)以转动副一(R11)连接，驱动杆一(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的短边杆一(3)用转动副二(R12)连接，平行四边形一的另一短边杆二(4)用转动副三(R13)与连接杆一(5)的一端连接，而连接杆一(5)的另一端与动平台(1)用转动副四(R14)连接；转动副一(R11)、转动副二(R12)、转动副三(R13)的轴线相互平行，但与转动副四(R14)的轴线垂直；副链上，驱动杆二(6)的一端与静平台(0)以转动副五(R21)连接，且转动副五(R21)的轴线与转动副一(R11)的轴线不平行，驱动杆二(6)的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形二的短边杆三(7)用转动副六(R22)连接，平行四边形二的另一短边杆四(8)用转动副七(R23)与连接杆二(9)的一端连接，而连接杆二(9)的另一端与主链上的连接杆一(5)用转动副八(R24)连接，且转动副八(R24)与转动副四(R14)的轴线重合；同样，转动副五(R21)、转动副六(R22)、转动副七(R23)的轴线相互平行，但与转动副八(R24)的轴线垂直；第Ⅱ支链、第III支链的运动副组成和布置与空间复杂支链I的主链上的运动副组成和布置相同，且在静平台(0)上的运动副须不平行；进一步，动平台(1)上的转动副四(R14)、转动副九(R34)、转动副十(R44)的轴线必须平行。
同时，第Ⅱ支链、第III支链，可以用任意两条无约束型S-S-R、S-S-P、S-P-S支链来替代；
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机构，由动平台1、静平台0以及连接动平台1、静平台0的1条空间复杂支链I和2条相同第Ⅱ支链、第III支链组成，空间复杂支链I包含1条主链和1条副链，主链上，驱动杆一2的一端与静平台0以转动副一R11连接，驱动杆一2的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形一的短边杆一3用转动副二R12连接，平行四边形一的另一短边杆二4用转动副三R13与连接杆一5的一端连接，而连接杆一5的另一端与动平台1用转动副四R14连接；转动副一R11、转动副二R12、转动副三R13的轴线相互平行，但它们与转动副四R14的轴线垂直；副链上，驱动杆二6的一端与静平台0以转动副五R21连接，且转动副五R21的轴线与转动副一R11的轴线垂直，驱动杆二6的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形二的短边杆三7用转动副六R22连接，平行四边形二的另一短边杆四8用转动副七R23与连接杆二9的一端连接，而连接杆二9的另一端与主链上的连接杆一5用转动副八R24连接，且转动副八R24与主链上的转动副四R14的轴线重合；同样，转动副五R21、转动副六R22、转动副七R23的轴线相互平行，但它们与转动副八R24的轴线垂直；第Ⅱ支链、第III支链的运动副组成和布置与空间复杂支链I的主链上的运动副组成和布置相同，在静平台0上的转动副R31与R41的轴线相互垂直；进一步，动平台1上的转动副四R14、转动副九R34、转动副十R44的轴线必须平行。
该机构具有4个自由度，当与静平台0联接的四个转动副R11、R21、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上转动副四R14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。

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机构，由动平台(1)、静平台(0)以及连接动平台(1)、静平台(0)的1条空间复杂支链I和相同第Ⅱ支链、第III支链组成，其特征是：空间复杂支链I包含1条主链和1条副链，主链上，驱动杆一(2)的一端与静平台(0)以转动副一(R11)连接，驱动杆一(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的短边杆一(3)用转动副二(R12)连接，平行四边形一的另一短边杆二(4)用转动副三(R13)与连接杆一(5)的一端连接，而连接杆一(5)的另一端与动平台(1)用转动副四(R14)连接；转动副一(R11)、转动副二(R12)、转动副三(R13)的轴线相互平行，但与转动副四(R14)的轴线垂直；副链上，驱动杆二(6)的一端与静平台(0)以转动副五(R21)连接，且转动副五(R21)的轴线与转动副一(R11)的轴线不平行，驱动杆二(6)的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形二的短边杆三(7)用转动副六(R22)连接，平行四边形二的另一短边杆四(8)用转动副七(R23)与连接杆二(9)的一端连接，而连接杆二(9)的另一端与主链上的连接杆一(5)用转动副八(R24)连接，且转动副八(R24)与转动副四(R14)的轴线重合；同样，转动副五(R21)、转动副六(R22)、转动副七(R23)的轴线相互平行，但与转动副八(R24)的轴线垂直；第Ⅱ支链、第III支链的运动副组成和布置与空间复杂支链I的主链上的运动副组成和布置相同，且在静平台(0)上的运动副须不平行；进一步，动平台(1)上的转动副四(R14)、转动副九(R34)、转动副十(R44)的轴线必须平行。
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机构，其特征在于：第Ⅱ支链、第III支链，可以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机构，其特征在于：每条支链上与静平台(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机构，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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