CN105643603B - 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操作手 - 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操作手 Download PDF

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Abstract

一种低耦合度三运动副平台的三平移一转动并联机器人操作手，包含动平台(1)、静平台(0)，以及连接两者的一条空间复杂支链，和两条结构相同的第Ⅱ支链、第III支链，空间复杂支链由1条主链和1条副链构成，主链从静平台到动平台，前三个转动副轴线平行，后两个转动副轴线平行，但第三个和第四个转动副轴线必须垂直；主链和副链一端的两个转动副(R11、R21)分别与静平台(0)连接且轴线不平行，而另一端的两个转动副(R15、R25)共轴线后，与动平台(1)连接；第Ⅱ支链、第III支链的结构和主链的机构相同；同时，动平台(1)上的三个转动副(R15、R35、R45)的轴线必须平行。该种操作手的耦合度低(k＝1)、结构简单、制造容易、定位精度高。

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操 作手
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操作手，为机器人操作手等提供一个新型的三平移一转动并联操作手。
背景技术
并联结构的操作手，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，在需要调整工件角度姿态的场合下，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，从而影响了其开发与应用。因此，实现三平移一转动功能的新型结构都需要发展，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操作手，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。
本发明提供的低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人操作手，包含动平台(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I，和两条结构相同的第Ⅱ支链、第III支链，其特征在于：空间复杂支链I由1条主链和1条副链组成，主链上，连杆二(2)的一端与静平台(0)用转动副一(R11)连接，连杆二(2)的另一端与连杆三(3)的一端以转动副二(R12)连接，连杆三(3)的另一端与连杆四(4)的一端以转动副三(R13)连接，连杆四(4)的另一端与连杆五(5)的一端以转动副四(R14)连接，连杆五(5)的另一端与动平台(1)以转动副五(R15)连接；而转动副一(R11)、转动副二(R12)、转动副三(R13)的轴线相互平行，转动副四(R14)与转动副五(R15)的轴线相互平行，但转动副三(R13)与转动副四(R14)的轴线相互垂直；副链上，连杆六(6)的一端与静平台(0)用转动副六(R21)连接，且转动副六(R21)的轴线与转动副一(R11)的轴线不平行，连杆六(6)的另一端与连杆七(7)的一端以转动副七(R22)连接，连杆七(7)的另一端与连杆八(8)的一端以转动副八(R23)连接，连杆八(8)的另一端与连杆九(9)的一端以转动副九(R24)连接，连杆九(9)的另一端与主链上连杆五(5)以转动副十(R25)连接，且转动副五(R15)与转动副十(R25)的轴线重合；同样，转动副六(R21)、转动副七(R22)、转动副八(R23)的轴线平行，转动副九(R24)与转动副十(R25)的轴线平行，但转动副八(R23)与转动副九(R24)的轴线垂直；而第Ⅱ支链、第III支链在静平台(0)的两个转动副轴线不平行，从静平台(0)开始到动平台(1)，前三个转动副的轴线相互平行，后两个转动副的轴线相互平行，但第三个转动副与第四个转动副的轴线必须相互垂直；更进一步，与动平台(1)连接的转动副五(R15)、转动副十一(R35)、转动副十二(R45)的轴线必须平行。
同时，第Ⅱ、第III支链，可用任意两条无约束支链S-S-R或S-S-P或S-P-S来替代。
进一步，静平台(0)上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所示的并联机构可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操作手，包含动平台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I，和两条结构相同的第Ⅱ支链、第III支链。空间复杂支链I由1条主链和1条副链组成，主链上，连杆二2的一端与静平台0用转动副一R11连接，连杆二2的另一端与连杆三3的一端以转动副二R12连接，连杆三3的另一端与连杆四4的一端以转动副三R13连接，连杆四4的另一端与连杆五5的一端以转动副四R14连接，连杆五5的另一端与动平台1以转动副五R15连接；而转动副一R11、转动副二R12、转动副三R13的轴线相互平行，转动副四R14与转动副五R15的轴线相互平行，但转动副三R13与转动副四R14的轴线相互垂直；副链上，连杆六6的一端与静平台0用转动副六R21连接，且转动副六R21的轴线与转动副一R11的轴线垂直，连杆六6的另一端与连杆七7的一端以转动副七R22连接，连杆七7的另一端与连杆八8的一端以转动副八R23连接，连杆八8的另一端与连杆九9的一端以转动副九R24连接，连杆九9的另一端与主链上连杆五5以转动副十R25连接，且转动副五R15与转动副十R25的轴线重合；同样，转动副六R21、转动副七R22、转动副八R23的轴线平行，转动副九R24与转动副十R25的轴线平行，但转动副八R23与转动副九R24的轴线垂直；而第Ⅱ支链、第III支链在静平台0的两个转动副轴线垂直，且从静平台0开始到动平台1，前三个转动副的轴线相互平行，后两个转动副的轴线相互平行，但第三个转动副与第四个转动副的轴线必须相互垂直；更进一步，与动平台1连接的转动副五R15、转动副十一R35、转动副十二R45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、S42合并一个二重球副S22(S42)，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(S42)，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操作手，包含动平台(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I，和两条结构相同的第Ⅱ支链、第III支链，其特征在于：空间复杂支链I由1条主链和1条副链组成，主链上，连杆二(2)的一端与静平台(0)用转动副一(R11)连接，连杆二(2)的另一端与连杆三(3)的一端以转动副二(R12)连接，连杆三(3)的另一端与连杆四(4)的一端以转动副三(R13)连接，连杆四(4)的另一端与连杆五(5)的一端以转动副四(R14)连接，连杆五(5)的另一端与动平台(1)以转动副五(R15)连接；而转动副一(R11)、转动副二(R12)、转动副三(R13)的轴线相互平行，转动副四(R14)与转动副五(R15)的轴线相互平行，但转动副三(R13)与转动副四(R14)的轴线相互垂直；副链上，连杆六(6)的一端与静平台(0)用转动副六(R21)连接，且转动副六(R21)的轴线与转动副一(R11)的轴线不平行，连杆六(6)的另一端与连杆七(7)的一端以转动副七(R22)连接，连杆七(7)的另一端与连杆八(8)的一端以转动副八(R23)连接，连杆八(8)的另一端与连杆九(9)的一端以转动副九(R24)连接，连杆九(9)的另一端与主链上连杆五(5)以转动副十(R25)连接，且转动副五(R15)与转动副十(R25)的轴线重合；同样，转动副六(R21)、转动副七(R22)、转动副八(R23)的轴线平行，转动副九(R24)与转动副十(R25)的轴线平行，但转动副八(R23)与转动副九(R24)的轴线垂直；而第Ⅱ支链、第III支链在静平台(0)的两个转动副轴线不平行，且从静平台(0)开始到动平台(1)，前三个转动副的轴线相互平行，后两个转动副的轴线相互平行，但第三个转动副与第四个转动副的轴线必须相互垂直；更进一步，与动平台(1)连接的转动副五(R15)、转动副十一(R35)、转动副十二(R45)的轴线必须平行。
2.按权利要求1所述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操作手，其特征在于：第Ⅱ、第III支链，可用任意两条无约束支链S-S-R或S-S-P或S-P-S来替代。
3.按权利要求1或2所述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操作手，其特征在于：静平台(0)上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为三、二、一，其它的运动为派生运动。
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