CN112571404B - 一种六自由度解耦混联机构 - Google Patents

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    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0072—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics of the hybrid type, i.e. having different kinematics chains

Abstract

本发明公开了一种六自由度解耦混联机构，包括静平台，所述静平台通过并联机构连接动平台，所述动平台通过串联机构连接机构末端；所述并联机构包括三个支链作为支撑，每个支链均由一个移动副及多个转动副通过连杆连接组成，支链通过移动副与静平台连接，通过转动副与动平台连接，每个支链通过滚珠丝杆驱动，实现三维平动的完全解耦；所述串联机构由三个转动副通过连杆连接组成，每个转动关节上设有驱动电机，所述串联机构的转动副轴线交于一点，相邻两个转动副的轴线互相垂直，实现姿态的完全解耦。在实现空间三维平移和三维转动解耦的基础上，运动副都是由低副构成，装配简单，可以降低制造成本。

Description

一种六自由度解耦混联机构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种六自由度解耦混联机构。
背景技术
随着机器人技术的高速发展，机器人在许多行业都有着越来越广泛的应用。作业的环境千变万化，对机器人的机构也有着更高的要求。目前机器人机构主要有并联机构与串联机构两种。其中串联机构工作空间大、结构简单，但刚度低、累计误差大，不适用于高精度、高速度的作业任务；并联机构与串联机构相反，工作空间较小，在工作空间没太多要求的高精度、高速度作业环境应用较广。
混联机构同时兼顾串联机构工作空间大、运动学正解简单，并联机器人结构稳定、刚度大、精度高的特点；同时又能避免单纯串、并联构型缺点，应用范围更广泛。
由于混联机器人中并联机构的存在，使得混联机构。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，发明一种完全解耦的混联机构具有切实的社会价值与意义。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种六自由度解耦混联机构。
技术方案：本发明的六自由度解耦混联机构，包括静平台，所述静平台通过并联机构连接动平台，所述动平台通过串联机构连接机构末端；所述并联机构包括三个支链作为支撑，每个支链均由一个移动副及多个转动副通过连杆连接组成，支链通过移动副与静平台连接，通过转动副与动平台连接，每个支链通过滚珠丝杆驱动，实现三维平动的完全解耦；所述串联机构由三个转动副通过连杆连接组成，每个转动关节上设有驱动电机，所述串联机构的转动副轴线交于一点，相邻两个转动副的轴线互相垂直，实现姿态的完全解耦。
进一步的，所述并联机构中每个支链的移动副的移动方向与转动副的轴线相互平行。
进一步的，所述并联机构中的三个支链与静平台连接的移动副移动方向两两互相垂直；所述并联机构中的三个支链与动平台连接的转动副的轴线两两相互垂直。
进一步的，所述并联机构中的三个支链分别为支链一、支链二及支链三；所述支链一包括第一移动副、第一转动副、第二转动副、第三转动副、第一连杆、第二连杆及第三连杆，所述第一连杆的一端通过第一移动副与静平台连接，另一端通过第一转动副与第二连杆连接，所述第二连杆的另一端通过第二转动副与第三连杆连接，所述第三连杆的另一端通过第三转动副与动平台连接；所述支链二与支链一的移动副在同一平面内垂直，其余结构相同；所述支链三包括第二移动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第四连杆、第五连杆及第六连杆，所述第二移动副垂直于第一移动副所在平面，所述第四连杆的一端通过第二移动副与静平台连接，另一端通过第四转动副与第五连杆连接，所述第五连杆的另一端通过第五转动副与第六连杆连接，所述第六连杆的另一端通过第六转动副与动平台连接。
进一步的，所述串联机构包括第七转动副、第八转动副、第九转动副、第七连杆、第八连杆及第九连杆；所述第七连杆一端与动平台连接，另一端通过第七转动副与第八连杆连接，第八连杆的另一端通过第八转动副与第九连杆连接，第九连杆的另一端通过第九转动副与机构末端连接。
进一步的，所述第八连杆和第九连杆均为四分之一圆弧连杆。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：在实现空间三维平移和三维转动解耦的基础上，运动副都是由低副(移动副、转动副)构成，装配简单，可以降低制造成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示的六自由度解耦混联机构，包括静平台1，所述静平台1通过并联机构(3-PRRR)连接动平台2，所述动平台2通过串联机构(RRR)连接机构末端3，形成(3T)&3R混联机构；所述并联机构包括三个支链作为支撑，每个支链均由一个移动副及多个转动副通过连杆连接组成，支链通过移动副与静平台1连接，通过转动副与动平台2连接，每个支链通过滚珠丝杆驱动，实现三维平动的完全解耦；所述串联机构由三个转动副通过连杆连接组成，每个转动关节上设有驱动电机，所述串联机构的转动副轴线交于一点，相邻两个转动副的轴线互相垂直，实现姿态的完全解耦。
所述并联机构中每个支链的移动副的移动方向与转动副的轴线相互平行。三个支链与静平台1连接的移动副移动方向两两互相垂直；所述并联机构中的三个支链与动平台2连接的转动副的轴线两两相互垂直。
所述并联机构中的三个支链分别为支链一、支链二及支链三；所述支链一包括第一移动副401、第一转动副402、第二转动副403、第三转动副404、第一连杆405、第二连杆406及第三连杆407，所述第一连杆405的一端通过第一移动副401与静平台1连接，另一端通过第一转动副402与第二连杆406连接，所述第二连杆406的另一端通过第二转动副403与第三连杆407连接，所述第三连杆407的另一端通过第三转动副404与动平台2连接；所述支链二与支链一的移动副在同一平面内垂直，其余结构相同；所述支链三包括第二移动副601、第四转动副602、第五转动副603、第六转动副604、第四连杆605、第五连杆606及第六连杆607，所述第二移动副601垂直于第一移动副401所在平面，所述第四连杆605的一端通过第二移动副601与静平台1连接，另一端通过第四转动副602与第五连杆606连接，所述第五连杆606的另一端通过第五转动副603与第六连杆607连接，所述第六连杆607的另一端通过第六转动副604与动平台2连接。
所述串联机构包括第七转动副701、第八转动副702、第九转动副703、第七连杆704、第八连杆705及第九连杆706；所述第七连杆704一端与动平台2连接，另一端通过第七转动副701与第八连杆705连接，第八连杆705的另一端通过第八转动副702与第九连杆706连接，第九连杆706的另一端通过第九转动副703与机构末端3连接。所述第八连杆705和第九连杆706均为四分之一圆弧连杆。
本发明混联机构分为两部分，下部为并联机构3-PRRR，上部为RRR串联机构。3-PRRR机构由一个动平台与一个静平台通过3个相同的移动副-转动副-转动副-转动副构成的支链组成，每个支链通过滚珠丝杠驱动，能够实现三维平动的完全解耦。RRR串联机构由三个转动驱动副与四分之一圆弧连杆构成，驱动电机安装在每个转动关节上，此设计满足了三转动副轴线交于一点，且相连的两转动副轴线垂直，实现姿态的完全解耦。因此，该混联机构具有空间六维自由度，且位置和姿态都是解耦的。

Claims (5)

1.一种六自由度解耦混联机构，其特征在于：包括静平台(1)，所述静平台(1)通过并联机构连接动平台(2)，所述动平台(2)通过串联机构连接机构末端(3)；所述并联机构包括三个支链作为支撑，每个支链均由一个移动副及多个转动副通过连杆连接组成，支链通过移动副与静平台(1)连接，通过转动副与动平台(2)连接，每个支链通过滚珠丝杆驱动，实现三维平动的完全解耦；所述并联机构中每个支链的移动副的移动方向与转动副的轴线相互平行；所述串联机构由三个转动副通过连杆连接组成，每个转动关节上设有驱动电机，所述串联机构的转动副轴线交于一点，相邻两个转动副的轴线互相垂直，实现姿态的完全解耦。
2.根据权利要求1所述的六自由度解耦混联机构，其特征在于：所述并联机构中的三个支链与静平台(1)连接的移动副移动方向两两互相垂直；所述并联机构中的三个支链与动平台(2)连接的转动副的轴线两两相互垂直。
3.根据权利要求1所述的六自由度解耦混联机构，其特征在于：所述并联机构中的三个支链分别为支链一、支链二及支链三；所述支链一包括第一移动副(401)、第一转动副(402)、第二转动副(403)、第三转动副(404)、第一连杆(405)、第二连杆(406)及第三连杆(407)，所述第一连杆(405)的一端通过第一移动副(401)与静平台(1)连接，另一端通过第一转动副(402)与第二连杆(406)连接，所述第二连杆(406)的另一端通过第二转动副(403)与第三连杆(407)连接，所述第三连杆(407)的另一端通过第三转动副(404)与动平台(2)连接；所述支链二与支链一的移动副在同一平面内垂直，其余结构相同；所述支链三包括第二移动副(601)、第四转动副(602)、第五转动副(603)、第六转动副(604)、第四连杆(605)、第五连杆(606)及第六连杆(607)，所述第二移动副(601)垂直于第一移动副(401)所在平面，所述第四连杆(605)的一端通过第二移动副(601)与静平台(1)连接，另一端通过第四转动副(602)与第五连杆(606)连接，所述第五连杆(606)的另一端通过第五转动副(603)与第六连杆(607)连接，所述第六连杆(607)的另一端通过第六转动副(604)与动平台(2)连接。
4.根据权利要求1所述的六自由度解耦混联机构，其特征在于：所述串联机构包括第七转动副(701)、第八转动副(702)、第九转动副(703)、第七连杆(704)、第八连杆(705)及第九连杆(706)；所述第七连杆(704)一端与动平台(2)连接，另一端通过第七转动副(701)与第八连杆(705)连接，第八连杆(705)的另一端通过第八转动副(702)与第九连杆(706)连接，第九连杆(706)的另一端通过第九转动副(703)与机构末端(3)连接。
5.根据权利要求4所述的六自由度解耦混联机构，其特征在于：所述第八连杆(705)和第九连杆(706)均为四分之一圆弧连杆。
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