CN105666465B - 一种低耦合度两运动副动平台的三平移一转动并联机器人操作手 - Google Patents

Abstract

一种低耦合度两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)，以及连接动平台(1)、静平台(0)的两条结构相同的空间复杂支链，空间复杂支链由两条简单支链以这样的方式构成：每条简单支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；两条简单支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；同时，动平台(1)上的两个转动副(R₁₅、R₃₅)的轴线必须平行。该种操作手具有结构简单、制造容易、定位精度高等优点。

Description

一种低耦合度两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两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，一方面，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；另一方面，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构，这类机构具有刚性好、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两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)的两条结构相同的空间复杂支链，其特征在于：空间复杂支链上，一方面，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；另一方面，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)的轴线必须垂直；更进一步，动平台(1)上的转动副五(R₁₅)与转动副十一(R₃₅)的轴线必须平行。

同时，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为本发明的低耦合度两运动副动平台的三平移一转动并联机器人操作手的实施例之一的结构简图示意图。

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：本发明提供的低耦合度两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的两条结构相同的空间复杂支链，空间复杂支链上，一方面，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；另一方面，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的轴线必须垂直；更进一步，动平台1上的转动副五R₁₅与转动副十一R₃₅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。

Claims (2)

1.一种低耦合度两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)的两条结构完全相同的空间复杂支链，其特征在于：空间复杂支链上，一方面，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；另一方面，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)的轴线必须垂直；更进一步，动平台(1)上的转动副五(R₁₅)与转动副十一(R₃₅)的轴线必须平行。

2.按权利要求1所述的一种低耦合度两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。