CN107498540A - 一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构 - Google Patents

一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构 Download PDF

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Abstract

一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构,涉及机器人技术领域，该机构可以实现四种不同的空间运动，能适应多任务工作环境，可用于拾取、复杂曲面加工、运动模拟等领域。该机构包括基座(1)，第一至第三支链组件(2‑1、2‑2、2‑3)，动平台(3)，末端执行器(4)。机构通过第一、第二、第三支链组件(2‑1、2‑2、2‑3)与基座(1)、动平台(3)和末端执行器(4)连接构成。三条支链组件结构相同。通过控制单环机构(9‑1、9‑2、9‑3)进入两种不同的工作模式，该机构可以实现四种不同的空间运动，包括三个平动、两个平动一个转动、一个平动两个转动和三个转动的三自由度运动。

Description

一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构。
背景技术
可重构并联式机器人机构是一种具有多个工作阶段、多功能和灵巧操作能力的集成化设备，并且具有刚度大、运动精度高、动态响应性能好的优点。传统的并联机构具有固定的自由度特性，无法适应多任务工作环境。随着科技的发展，在工业生产和应用领域，需要应用一些具有多个工作阶段、多功能和灵巧操作能力的集成化设备。并且，相对自由度为三的并联机构在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用，如应用于拾取、曲面加工、运动模拟等领域的三个平动、两个平动一个转动、一个平动两个转动和三个转动的机构。在这种背景下，提出一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构很有必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服背景技术存在的不足，提供一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构，实现工作平台在空间三个平动、两个平动一个转动、一个平动两个转动和三个转动的位姿变换，该并联机构应具有多个工作阶段、多功能等优点。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构，该并联机器人机构包括：基座，第一至第三支链组件，动平台，末端执行器。
第一支链组件包括：第一单环机构，第六至第八连杆，第一动平台连接杆，第十三至第二十轴承，第五至第八连接轴，第十三至第二十轴承座。
第一单环机构包括：第一至第五连杆，第一至第十二轴承，第一至第四连接轴，第一至第十二轴承座，第一、第二驱动电机，第一、第二电机座，第一、第二联轴器，第一、第二主轴。
构成第一支链组件的零部件间的连接：第一驱动电机和第二驱动电机分别安装在第一电机座和第二电机座上，第一驱动电机通过第一联轴器与第一主轴相连，第二驱动电机通过第二联轴器与第二主轴相连；
第五、第六轴承座固定在第一连杆上，第七、第八轴承座固定在第四连杆上，第九至第十四轴承座固定在第五连杆上，第十五、第十六轴承座固定在第六连杆上，第十七、第十八轴承座固定在第七连杆上，第十九、第二十轴承座固定在第八连杆上；
第一连杆通过第一主轴和第一、第二轴承与第一、第二轴承座相连形成转动副，第二连杆的一端通过第二主轴和第三、第四轴承与第三、第四轴承座相连形成转动副；
第三连杆的一端通过第一连接轴和第五、第六轴承与第五、第六轴承座相连形成转动副；第二连杆的另一端与通过第二连接轴和第七、第八轴承与第七、第八轴承座相连形成转动副；
第三连杆的另一端通过第三连接轴和第九、第十轴承与第九、第十轴承座相连形成转动副；第四连杆通过第四连接轴和第十一、第十二轴承与第十一、第十二轴承座相连形成转动副；
第六连杆通过第五连接轴和第十三、第十四轴承与第十三、第十四轴承座相连形成转动副；第七连杆通过第六连接轴和第十五、第十六轴承与第十五、第十六轴承座相连形成转动副；第八连杆通过第七连接轴和第十七、第十八轴承与第十七、第十八轴承座相连形成转动副；
第一动平台连接杆的一端通过第八连接轴和第十九、第二十轴承与第十九、第二十轴承座相连形成转动副；
第二支链组件和第三支链组件与第一支链组件完全相同。
本机构通过第一、第二、第三支链组件与基座、动平台和末端执行器连接构成：第一支链组件中第一单环机构的第一、第二电机座与第一至第四轴承座固定在基座上，第一支链组件的第一动平台连接杆固定在动平台上。第二、第三支链组件与基座、动平台的连接方式完全相同。
在本机构中，末端执行器固定在动平台上，当驱动电机运动时，单环机构进入不同的工作模式，动平台作三个平动、两个平动一个转动、一个平动两个转动和三个转动的三自由度运动。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
本发明提出的可重构并联机器人机构可以执行空间运动，通过控制单环机构进入两种不同的工作模式，该机构可以实现四种不同的空间运动，包括三个平动、两个平动一个转动、一个平动两个转动和三个转动的三自由度运动。它能适应多任务工作环境，可用于拾取、复杂曲面加工、运动模拟等领域。
附图说明
图1一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构；
图2第一支链组件的结构示意图；
图3第二支链组件的结构示意图；
图4第三支链组件的结构示意图；
图5第一单环机构的结构示意图；
图6第二单环机构的结构示意图；
图7第三单环机构的结构示意图；
图8基座的结构示意图；
图9动平台的结构示意图；
图10末端执行器的结构示意图；
图11第一连杆的结构示意图；
图12第二、第三连杆的结构示意图；
图13第四、第六、第七、第八连杆的结构示意图；
图14第五连杆的结构示意图；
图15第一至第三动平台连接杆的结构示意图；
图16第一至第六电机座的结构示意图；
图17第一至第六主轴的结构示意图；
图18第一至第六联轴器的结构示意图；
图19第一至第八连接轴的结构示意图；
图20第一至第四轴承座的结构示意图；
图21第五至第二十轴承座的结构示意图；
图22第一至第二十轴承的结构示意图；
图23单环机构进入工作模式一；
图24单环机构进入工作模式二；
图中：基座1，第一至第三支链组件2-1、2-2、2-3，动平台3，末端执行器4，第一至第六驱动电机5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6，第一至第六电机座6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6，第一至第六联轴器7-1、7-2、7-3、7-4、7-5、7-6，第一至第六主轴8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6，第一至第三单环机构9-1、9-2、9-3，第一至第八连杆10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8，第一至第二十轴承11-1、11-2、11-3、11-4、11-5、11-6、11-7、11-8、11-9、11-10、11-11、11-12、11-13、11-14、11-15、11-16、11-17、11-18、11-19、11-20，第一至第三动平台连接杆12-1、12-2、12-3，第一至第八连接轴13-1、13-2、13-3、13-4、13-5、13-6、13-7、13-8，第一至第二十轴承座14-1、14-2、14-3、14-4、14-5、14-6、14-7、14-8、14-9、14-10、14-11、14-12、14-13、14-14、14-15、14-16、14-17、14-18、14-19、14-20。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明。
一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构，如图1，该并联机器人机构包括：基座(1)，第一至第三支链组件(2-1、2-2、2-3)，动平台(3)，末端执行器(4)。
第一支链组件(2-1)包括：第一单环机构(9-1)，第六至第八连杆(10-6、10-7、10-8)，第一动平台连接杆(12-1)，第十三至第二十轴承(11-13、11-14、11-15、11-16、11-17、11-18、11-19、11-20)，第五至第八连接轴(13-5、13-6、13-7、13-8)，第十三至第二十轴承座(14-13、14-14、14-15、14-16、14-17、14-18、14-19、14-20)，如图2。
第一单环机构(9-1)包括：第一至第五连杆(10-1、10-2、10-3、10-4、10-5)，第一至第十二轴承(11-1、11-2、11-3、11-4、11-5、11-6、11-7、11-8、11-9、11-10、11-11、11-12)，第一至第四连接轴(13-1、13-2、13-3、13-4)，第一至第十二轴承座(14-1、14-2、14-3、14-4、14-5、14-6、14-7、14-8、14-9、14-10、14-11、14-12)，第一、第二驱动电机(5-1、5-2)，第一、第二电机座(6-1、6-2)，第一、第二联轴器(7-1、7-2)，第一、第二主轴(8-1、8-2)，如图5、11、12、13、14、18。
构成第一支链组件(2-1)的零部件间的连接：第一驱动电机(5-1)和第二驱动电机(5-2)分别安装在第一电机座(6-1)和第二电机座(6-2)上，第一驱动电机(5-1)通过第一联轴器(7-1)与第一主轴(8-1)相连，第二驱动电机(5-2)通过第二联轴器(7-2)与第二主轴(8-2)相连，如图2、5、16；
第五、第六轴承座(14-5、14-6)固定在第一连杆(10-1)上，第七、第八轴承座(14-7、14-8)固定在第四连杆(10-4)上，第九至第十四轴承座(14-9、14-10、14-11、14-12、14-13、14-14)固定在第五连杆(10-5)上，第十五、第十六轴承座(14-15、14-16)固定在第六连杆(10-6)上，第十七、第十八轴承座(14-17、14-18)固定在第七连杆(10-7)上，第十九、第二十轴承座(14-19、14-20)固定在第八连杆(10-8)上；
第一连杆(10-1)通过第一主轴(8-1)和第一、第二轴承(11-1、11-2)与第一、第二轴承座(14-1、14-2)相连形成转动副，第二连杆(10-2)的一端通过第二主轴(8-2)和第三、第四轴承(11-3、11-4)与第三、第四轴承座(14-3、14-4)相连形成转动副，如图17、20、22；
第三连杆(10-3)的一端通过第一连接轴(13-1)和第五、第六轴承(11-5、11-6)与第五、第六轴承座(14-5、14-6)相连形成转动副；第二连杆(10-2)的另一端与通过第二连接轴(13-2)和第七、第八轴承(11-7、11-8)与第七、第八轴承座(14-7、14-8)相连形成转动副；
第三连杆(10-3)的另一端通过第三连接轴(13-3)和第九、第十轴承(11-9、11-10)与第九、第十轴承座(14-9、14-10)相连形成转动副；第四连杆(10-4)通过第四连接轴(13-4)和第十一、第十二轴承(11-11、11-12)与第十一、第十二轴承座(14-11、14-12)相连形成转动副；
第六连杆(10-6)通过第五连接轴(13-5)和第十三、第十四轴承(11-13、11-14)与第十三、第十四轴承座(14-13、14-14)相连形成转动副；第七连杆(10-7)通过第六连接轴(13-6)和第十五、第十六轴承(11-15、11-16)与第十五、第十六轴承座(14-15、14-16)相连形成转动副；第八连杆(10-8)通过第七连接轴(13-7)和第十七、第十八轴承(11-17、11-18)与第十七、第十八轴承座(14-17、14-18)相连形成转动副，如图19、21；
第一动平台连接杆(12-1)的一端通过第八连接轴(13-8)和第十九、第二十轴承(11-19、11-20)与第十九、第二十轴承座(14-19、14-20)相连形成转动副，如图15；
第二支链组件(2-2)和第三支链组件(2-3)与第一支链组件(2-1)完全相同，如图3、4、6、7。
本机构通过第一、第二、第三支链组件(2-1、2-2、2-3)与基座(1)、动平台(3)和末端执行器(4)连接构成：第一支链组件(2-1)中第一单环机构(9-1)的第一、第二电机座(6-1、6-2)与第一至第四轴承座(14-1、14-2、14-3、14-4)固定在基座(1)上，第一支链组件(2-1)的第一动平台连接杆(12-1)固定在动平台(3)上，如图8、9。第二、第三支链组件(2-2、2-3)与基座(1)、动平台(3)的连接方式完全相同。
在本机构中，末端执行器(4)固定在动平台(3)上，如图10，当驱动电机(5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6)运动时，单环机构(9-1、9-2、9-3)进入不同的工作模式，如图23、24，动平台(3)作三个平动、两个平动一个转动、一个平动两个转动和三个转动的三自由度运动。

Claims (2)

1.一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构，该并联机器人机构包括：基座(1)，第一至第三支链组件(2-1、2-2、2-3)，动平台(3)，末端执行器(4)；
第一支链组件(2-1)包括：第一单环机构(9-1)，第六至第八连杆(10-6、10-7、10-8)，第一动平台连接杆(12-1)，第十三至第二十轴承(11-13、11-14、11-15、11-16、11-17、11-18、11-19、11-20)，第五至第八连接轴(13-5、13-6、13-7、13-8)，第十三至第二十轴承座(14-13、14-14、14-15、14-16、14-17、14-18、14-19、14-20)；
第一单环机构(9-1)包括：第一至第五连杆(10-1、10-2、10-3、10-4、10-5)，第一至第十二轴承(11-1、11-2、11-3、11-4、11-5、11-6、11-7、11-8、11-9、11-10、11-11、11-12)，第一至第四连接轴(13-1、13-2、13-3、13-4)，第一至第十二轴承座(14-1、14-2、14-3、14-4、14-5、14-6、14-7、14-8、14-9、14-10、14-11、14-12)，第一、第二驱动电机(5-1、5-2)，第一、第二电机座(6-1、6-2)，第一、第二联轴器(7-1、7-2)，第一、第二主轴(8-1、8-2)；
构成第一支链组件(2-1)的零部件间的连接：第一驱动电机(5-1)和第二驱动电机(5-2)分别安装在第一电机座(6-1)和第二电机座(6-2)上，第一驱动电机(5-1)通过第一联轴器(7-1)与第一主轴(8-1)相连，第二驱动电机(5-2)通过第二联轴器(7-2)与第二主轴(8-2)相连；
第五、第六轴承座(14-5、14-6)固定在第一连杆(10-1)上，第七、第八轴承座(14-7、14-8)固定在第四连杆(10-4)上，第九至第十四轴承座(14-9、14-10、14-11、14-12、14-13、14-14)固定在第五连杆(10-5)上，第十五、第十六轴承座(14-15、14-16)固定在第六连杆(10-6)上，第十七、第十八轴承座(14-17、14-18)固定在第七连杆(10-7)上，第十九、第二十轴承座(14-19、14-20)固定在第八连杆(10-8)上；
第一连杆(10-1)通过第一主轴(8-1)和第一、第二轴承(11-1、11-2)与第一、第二轴承座(14-1、14-2)相连形成转动副，第二连杆(10-2)的一端通过第二主轴(8-2)和第三、第四轴承(11-3、11-4)与第三、第四轴承座(14-3、14-4)相连形成转动副；
第三连杆(10-3)的一端通过第一连接轴(13-1)和第五、第六轴承(11-5、11-6)与第五、第六轴承座(14-5、14-6)相连形成转动副；第二连杆(10-2)的另一端与通过第二连接轴(13-2)和第七、第八轴承(11-7、11-8)与第七、第八轴承座(14-7、14-8)相连形成转动副；
第三连杆(10-3)的另一端通过第三连接轴(13-3)和第九、第十轴承(11-9、11-10)与第九、第十轴承座(14-9、14-10)相连形成转动副；第四连杆(10-4)通过第四连接轴(13-4)和第十一、第十二轴承(11-11、11-12)与第十一、第十二轴承座(14-11、14-12)相连形成转动副；
第六连杆(10-6)通过第五连接轴(13-5)和第十三、第十四轴承(11-13、11-14)与第十三、第十四轴承座(14-13、14-14)相连形成转动副；第七连杆(10-7)通过第六连接轴(13-6)和第十五、第十六轴承(11-15、11-16)与第十五、第十六轴承座(14-15、14-16)相连形成转动副；第八连杆(10-8)通过第七连接轴(13-7)和第十七、第十八轴承(11-17、11-18)与第十七、第十八轴承座(14-17、14-18)相连形成转动副；
第一动平台连接杆(12-1)的一端通过第八连接轴(13-8)和第十九、第二十轴承(11-19、11-20)与第十九、第二十轴承座(14-19、14-20)相连形成转动副；
第二支链组件(2-2)和第三支链组件(2-3)与第一支链组件(2-1)完全相同。
2.一种相对自由度为三的可重构并联机器人机构通过第一、第二、第三支链组件(2-1、2-2、2-3)与基座(1)、动平台(3)和末端执行器(4)连接构成：第一支链组件(2-1)中第一单环机构(9-1)的第一、第二电机座(6-1、6-2)与第一至第四轴承座(14-1、14-2、14-3、14-4)固定在基座(1)上，第一支链组件(2-1)的第一动平台连接杆(12-1)固定在动平台(3)上；第二、第三支链组件(2-2、2-3)与基座(1)、动平台(3)的连接方式完全相同；
在本机构中，末端执行器(4)固定在动平台(3)上，当驱动电机(5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6)运动时，单环机构(9-1、9-2、9-3)进入不同的工作模式，动平台(3)作三个平动、两个平动一个转动、一个平动两个转动和三个转动的三自由度运动。
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