CN105881496A - 一种(1t2r)&(1t1r)五自由度解耦混联机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦混联机构。其主要包括定平台、动平台和连接这两个平台的三个分支、混联机器人末端与动平台连接的两个分支。其中，第一个分支中的四个连杆通过转动副连接，定平台、动平台分别通过转动副连接；第二分支中通过转动副和万向铰与定平台、动平台连接；第三个分支中的四个连杆分别通过转动副连接，定平台、动平台分别通过转动副连接；第四个分支中两个连杆通过转动副相连，移动副与动平台连接转动副与混联机器人末端连接；第五个分支中通过移动副与动平台连接转动副与混联机器人末端连接。本发明具有结构稳定、易于加工装配、运动解耦、容易控制、动态性能好等优点。

Description

一种(1T2R)&(1T1R)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，故其在工业机床、医疗器械、产品码垛等领域广泛应用。

由于混联机构中包涵并联结构，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构型设计、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。

在五自由度混联机构研究中，大多混联机构构型基于3自由度并联机构机器人机构作为定位部件，在其运动平台串接一个2自由度的旋转头而构造出。黄田发明了一种五自由度混联机器人CN102672709A有固定架、动平台、连接在动平台末端的定位头，以及三条结构相同的三支链该发明便于实时控制，可有效提高机构的刚度，减少悬臂尺寸。中国专利文献CN103433168A提出了一种五自由度混联喷涂机器人其串联运动单元具有三个转动自由度和一个移动自由度，并联喷涂作业单元具有由两个移动自由度。具有易于制造、方便控制，容易实现模块化等特点。上述发明机构还没有能够实现三转两移的混联机构，解耦性也没有很好解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有较高刚度、精度和负载能力、运动解耦、容易控制和制造与装配的五自由度解耦混联机构。本发明主要由一个三分支并联机构(1T2R)串联一个两分支并联机构(1T1R)组成(1T2R)&(1T1R)五自由度混联机构。三分支并联机构包括定平台、动平台和连接这两个平台的三个分支。两分支并联机构包括混联机器人末端、动平台和连接这两个的两个分支。其中第一个分支由5个转动副和4个连杆组成；第二个分支连杆的一端通过移动副与定平台连接，该连杆的另一端通过万向铰与动平台连接，万向铰的两个轴线与移动副移动方向垂直；第三个分支由五个转动副、四个连杆组成，分支中第一个连杆的一端通过转动副与定平台连接，该分支中，与定平台连接转动副轴线平行于定平台，并与随后两个转动副轴线垂直，与动平台连接的转动副轴线平行于动平面并平行于紧邻的转动副轴线；第四个分支由两个转动副、一个移动副和两个连杆组成，第一个连杆的一端通过移动副与动平台连接且方向平行于定平台与分支二中移动副垂直，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与机器人末端连接，两转动副 轴线相互平行平行于定平面与分支一、二、三中转动副轴线垂直；第五个分支由一个转动副和一个移动副组成，第一个连杆的一端通过移动副与动平台连接且方向平行于分支五中移动副，该第一个连杆的另一端通过转动副与机器人末端连接其轴线方向平行于分支五转动副轴线。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单，运动副全部由简单运动副构成、加工装配性能好，制造成本低；

2、具有两个移动和三个转动自由度，运动解耦，故混联机构末端灵活性好，容易控制，运动空间大；

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快的反应速度。

附图说明

图1是本发明的立体示意图；

图2是本发明的立体示意图；

图3是本发明的整体结构示意图；

图4是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

在图3、4所示的一种两移三转五自由度解耦空间混联机构示意图中，定平台1为长方形结构，分支一中的第一连杆的一端通过转动副2与定平台连接，该连杆3的另一端通过转动副4与连杆5的一端连接，该连杆的另一端通过转动副6与连杆7连接；该连杆的另一端通过转动副8与连杆9，连杆9另一端通过转动副10与动平台11连接；分支二中的第一连杆通过移动副14与定平台连接，该第一连杆的另一端通过万向铰12与动平台连接；分支三中的第一连杆18的一端通过转动副17与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副19与第二连杆20的一端连接，该第二连杆的另一端通过移动副21与第三连杆22的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副23与连杆24连接。该第四连杆的另一端通过转动副25与动平台相连；分支四支链第一连杆28的一端通过移动副27与动平台上导轨连接，第一连杆的另一端通过转动副29与连杆30连接，连杆30另一端通过转动副31与混联机器人末端35连接。分支五支链第一连杆33的一端通过移动副32与动平台上导轨连接，第一连杆的另一端通过转动副34与混联机器人末端35连接。

分支一中的转动副2的轴线方向与转动副4、6的轴线方向平行且垂直于定平面1以及转动副8、10轴线方向。分支一中转动副2和分支二中转动副19、20的轴线方向平行；分支二中移动副14的中心线方向与定平台1平行，平行于分支四、五中转动副轴线方向，垂直于分支一、二、三中转动副轴线方向，垂直于动平台上导轨中心线方向。万向铰中离动平台最近的转动副12轴线方向与分支一、三中转动副8、10、23、25，轴线方向平行万向铰中另一轴线方向垂直于定平面1；分支三中转动副17、23、25，轴线方向相互平行平行于定平面，垂直于转动副19、 21轴线；分支四中移动副中心线平行于动平面且垂直于转动副29、31；分支五中移动副32方向平行于移动副27垂直于转动副34轴线。

Claims (2)

1.一种(1T2R)&(1T1R)五自由度解耦混联机构，其主要包括定平台、动平台和连接这两个平台的三个分支、混联机构末端与动平台连接的两个分支。其特征在于：第一个分支中的第一个连杆的一端通过转动副与定平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆的一端连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆的一端连接，该第三个连杆的另一端通过转动副与第四个连杆的一端连接，该第四个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，该分支中前三个转动副轴线相互平行且垂直于定平面，并垂直于随后两个转动副轴线，与动平台连接的转动副轴线平行于动平台，并与紧邻的转动副轴线平行；其第二个分支中的连杆的一端通过移动副与定平台连接，该连杆的另一端通过虎克铰与动平台连接，虎克铰的两个轴线与移动副移动方向垂直；第三个分支中的第一个连杆的一端通过转动副与定平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆连接，该第三个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，该分支中，与定平台连接转动副轴线平行于定平台，并与随后两个转动副轴线垂直，与动平台连接的转动副轴线平行于动平面并平行于紧邻的转动副轴线。第四个分支中第一个连杆的一端通过移动副与动平台连接且方向平行于定平台与分支二中移动副垂直，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与机器人末端连接，两转动副轴线相互平行平行于定平面与分支一、二、三中转动副轴线垂直；第五个分支中第一个连杆的一端通过移动副与动平台连接且方向平行于分支五中移动副，该第一个连杆的另一端通过转动副与机器人末端连接其轴线方向平行于分支五转动副轴线。

2.按照权利要求1所述的两移动三转动完全解耦混联机器人，其特征在于：上述分支一中第三个转动副和第四个转动副够用一个万向铰代替；上述分支三中与定平台连接最近的两个转动副能够用一个万向铰代替，第三个转动副和第四个转动副够用一个万向铰代替。