CN106584442A - 五自由度的混联机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种五自由度的混联机构，所述混联机构包括并联机构连杆、电机、以及自下而上依次层叠设置的工作台、第二底座、第一底座、支撑座；所述工作台与所述第二底座活动连接，所述第二底座与所述第一底座活动连接；所述并联机构连杆活动连接所述第一底座与所述支撑座；所述活动连接均由电机驱动。本发明的五自由度的混联机构，第一底座以上部分为三轴并联机构，第二底座和工作台实现两个转动自由度；通过三平动自由度加两转动自由度混联机构，该三平动自由度和两转动自由度解耦，可分别控制；转动和平动自由度之间相互独立，便于控制，节省能量，易于实现，综合性价比高，有很好的应用前景。

Description

五自由度的混联机构

【技术领域】

本发明涉及五自由运动技术领域，尤其涉及一种五自由度的混联机构。

【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。

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。

【发明内容】

基于此，本发明的目的在于提供一种五自由度的混联机构，实现三个平动自由度和两个转动自由度解耦。

为了实现本发明的目的，提供一种五自由度的混联机构，所述混联机构包括并联机构连杆、电机、以及自下而上依次层叠设置的工作台、第二底座、第一底座、支撑座；所述工作台与所述第二底座活动连接，所述第二底座与所述第一底座活动连接；所述并联机构连杆活动连接所述第一底座与所述支撑座；所述活动连接均由电机驱动。

优选地，所述混联机构包括三组并联机构连杆。

优选地，所述并联机构连杆包括驱动杆和从动杆，所述驱动杆的一端与所述支撑座第一连接；所述驱动杆的另一端与从动杆的一端第二连接，所述从动杆的另一端与所述第一底座第三连接。

优选地，所述第一连接为转动连接，所述第二连接为球铰连接，所述第三连接为球铰连接。

优选地，所述第一连接通过电机驱动。

优选地，所述并联机构连杆包括1个驱动杆和2个从动杆。

优选地，所述第一底座、第二底座层叠活动连接，所述活动连接为第一转动连接；所述第二底座、工作台层叠活动连接，所述活动连接为第二转动连接。

优选地，所述第一转动连接与所述第二转动连接相互垂直。

优选地，所述第一转动连接、第二转动连接分别通过电机驱动。

区别于现有技术，上述五自由度的混联机构，第一底座以上部分为三轴并联机构，第二底座和工作台实现两个转动自由度；通过三平动自由度加两转动自由度混联机构，该三平动自由度和两转动自由度解耦，可分别控制；转动和平动自由度之间相互独立，便于控制，节省能量，易于实现，综合性价比高，有很好的应用前景。

【附图说明】

图1为本发明一个实施例中五自由度的混联机构的混联机构整体结构正视图。

图2为本发明一个实施例中五自由度的混联机构的混联机构整体结构俯视图。

图3为本发明一个实施例中五自由度的混联机构的连杆结构示意图。

图4为本发明一个实施例中五自由度的混联机构的工作台结构示意图。

附图标记说明：

1、电机；

2、支撑座；

3、驱动杆；

4、从动杆；

5、第一底座；

6、第二底座；

7、工作台。

【具体实施方式】

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。

一种五自由度的混联机构，所述混联机构包括并联机构连杆、电机、以及自下而上依次层叠设置的工作台、第二底座、第一底座、支撑座。

所述工作台与所述第二底座活动连接，所述第二底座与所述第一底座活动连接；所述并联机构连杆活动连接所述第一底座与所述支撑座；所述活动连接均由电机驱动。

本发明的五自由度的混联机构，第一底座以上部分为三轴并联机构，第二底座和工作台实现两个转动自由度；通过三平动自由度加两转动自由度混联机构，该三平动自由度和两转动自由度解耦，可分别控制；转动和平动自由度之间相互独立，便于控制，节省能量，易于实现，综合性价比高，有很好的应用前景。

实施例1

请参阅图1所示，本发明实施例1提供一种五自由度的混联机构，包括并联机构连杆、电机1、以及自下而上依次层叠设置的工作台7、第二底座6、第一底座5、支撑座2。

工作台7与第二底座6活动连接，第二底座6与第一底座5活动连接。

并联机构连杆活动连接第一底座5与支撑座2，具体地，该并联机构连杆的一端与支撑座2连接，另一端与第一底座5连接。可选择的是，该并联机构连杆为3组，以更加稳固协调实现平动自由度。

上述活动连接均由电机1驱动。通过电机1实现对混联机构的分别控制，协调实现三平动自由度和两转动自由度。

进一步优化方案中，该并联机构连杆包括驱动杆3、和与驱动杆3连接的从动杆4。

其中，驱动杆3的一端与支撑座2第一连接；驱动杆3的另一端与从动杆4的一端第二连接；从动杆4的另一端与第一底座5第三连接，以上连接均为可活动方式，实现支撑座2、第一底座5动作。

进一步地，该第一连接通过电机1驱动，用于驱动并联机构连杆，使驱动杆3和支撑座2产生转动运动。

可优选的，该第一连接为转动连接，第二连接为球铰连接，第三连接为球铰连接，采用上述连接方式能够满足对混联机构上层机构的运动需求，同时该连接方式更加稳固、可靠。

可优选的，该驱动杆3为1个和从动杆4为2个，即1个驱动杆3的一端与2个从动杆4的一端交叉连接，采用该种结构，易于提高并联机构连杆的刚性。

实施例2

请参阅图1所示，本发明实施例2提供一种五自由度的混联机构，包括并联机构连杆、电机1、以及自下而上依次层叠设置的工作台7、第二底座6、第一底座5、支撑座2。

工作台7与第二底座6活动连接，第二底座6与第一底座5活动连接。

并联机构连杆活动连接第一底座5与支撑座2，具体地，该并联机构连杆的一端与支撑座2连接，另一端与第一底座5连接。可选择的是，该并联机构连杆为3组，以更加稳固协调实现平动自由度。

上述活动连接均由电机1驱动。通过电机1实现对混联机构的分别控制，协调实现三平动自由度和两转动自由度。

进一步优化方案中，第一底座5、第二底座6层叠活动连接，该活动连接为第一转动连接；第二底座6、工作台7层叠活动连接，该活动连接为第二转动连接。通过该双转动连接结构，实现两个转动自由度。

可优选的，第一转动连接与第二转动连接相互垂直，即第一底座5、第二底座6的第一转动连接与第二底座6、工作台7层叠的第二转动连接相互垂直，采用该种结构，使两个转动自由度行程最大。

可优选的，该第一转动连接、第二转动连接分别通过电机1驱动，用于提供外部驱动力。

实施例3

请参阅图1所示，本发明实施例3提供一种五自由度的混联机构，包括并联机构连杆、电机1、以及自下而上依次层叠设置的工作台7、第二底座6、第一底座5、支撑座2。

工作台7与第二底座6活动连接，第二底座6与第一底座5活动连接。

并联机构连杆活动连接第一底座5与支撑座2，具体地，该并联机构连杆的一端与支撑座2连接，另一端与第一底座5连接。可选择的是，该并联机构连杆为3组，以更加稳固协调实现平动自由度。

上述活动连接均由电机1驱动。通过电机1实现对混联机构的分别控制，协调实现三平动自由度和两转动自由度。

其中，并联机构连杆包括驱动杆3、和与驱动杆3连接的从动杆4。

驱动杆3的一端与支撑座2第一连接；驱动杆3的另一端与从动杆4的一端第二连接；从动杆4的另一端与第一底座5第三连接，以上连接均为可活动方式，实现支撑座2、第一底座5动作。

进一步地，该第一连接通过电机1驱动，用于驱动并联机构连杆，使驱动杆3和支撑座2产生转动运动。

该第一连接为转动连接，第二连接为球铰连接，第三连接为球铰连接，采用上述连接方式能够满足对混联机构上层机构的运动需求，同时该连接方式更加稳固、可靠。

第一底座5、第二底座6层叠活动连接，该活动连接为第一转动连接；第二底座6、工作台7层叠活动连接，该活动连接为第二转动连接。通过该双转动连接结构，实现两个转动自由度。

第一转动连接与第二转动连接相互垂直，即第一底座5、第二底座6的第一转动连接与第二底座6、工作台7层叠的第二转动连接相互垂直，采用该种结构，使两个转动自由度行程最大。

本发明的五自由度的混联机构，第一底座以上部分为三轴并联机构，第二底座和工作台实现两个转动自由度；通过三平动自由度加二转动自由度混联机构，该三平动自由度通过三轴并联机构连杆实现，在三轴并联基础上再增加两个转动自由度。该三平动自由度和两转动自由度解耦，可分别控制。通过控制驱动单元的同步、异步运动可实现上升、下降、前进、后退、左移、右移、以及向左上方转动、向右上方转动、向前上方转动、向后上方转动等动作。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以上述仅为本发明型的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种五自由度的混联机构，其特征在于，所述混联机构包括并联机构连杆、电机、以及自下而上依次层叠设置的工作台、第二底座、第一底座、支撑座；

所述工作台与所述第二底座活动连接，所述第二底座与所述第一底座活动连接；所述并联机构连杆活动连接所述第一底座与所述支撑座；所述活动连接均由电机驱动。

2.根据权利要求1所述的五自由度的混联机构，其特征在于，所述混联机构包括三组并联机构连杆。

3.根据权利要求1或2所述的五自由度的混联机构，其特征在于，所述并联机构连杆包括驱动杆和从动杆，所述驱动杆的一端与所述支撑座第一连接；所述驱动杆的另一端与从动杆的一端第二连接，所述从动杆的另一端与所述第一底座第三连接。

4.根据权利要求3所述的五自由度的混联机构，其特征在于，所述第一连接为转动连接，所述第二连接为球铰连接，所述第三连接为球铰连接。

5.根据权利要求3所述的五自由度的混联机构，其特征在于，所述第一连接通过电机驱动。

6.根据权利要求2所述的五自由度的混联机构，其特征在于，所述并联机构连杆包括1个驱动杆和2个从动杆。

7.根据权利要求1所述的五自由度的混联机构，其特征在于，所述第一底座与第二底座第一转动连接；所述第二底座与工作台层叠第二转动连接。

8.根据权利要求6所述的五自由度的混联机构，其特征在于，所述第一转动连接与所述第二转动连接相互垂直。

9.根据权利要求6所述的五自由度的混联机构，其特征在于，所述第一转动连接、第二转动连接分别通过电机驱动。