CN113319820B - 含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三自由度的并联机器人技术领域，尤其是一种含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人，由混合特征支链和约束支链组成，混合特征支链包含的空间子并联机构由支链一及支链二并联连接而成；空间子并联机构的输出杆的垂直杆上用转动副六连接于动平台的一端；约束支链中平行四边形的一条短边与滑块三固定，且与其移动方向平行，另一条短边与轴线相互平行的转动副七、转动副八串联连接，静平台上滑块三的移动方向，与在同一条直线上的滑块一、滑块二的移动方向平行，本发明的含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人其自由度为3，耦合度为0，且具有符号式位置正解，及输入‑输出运动解耦性，且加工、制造容易。

Description

含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人

技术领域

本发明涉及一种三自由度的并联机器人技术领域，尤其是一种含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人。

背景技术

并联少自由度的并联操作手已得到了工业应用，例：三平移的Delta操作手，H4、I4、Par4、Cross-IV等三平移一转动的操作手，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；而专利201210435375.1、201510564382.5、201510567133.1、201510564195.7、201510566039.4、201510566840.9等，也公开了一批三平移一转动并联机器人的新机型。

对两平移一转动并联机构，国内外学者已作了较多的研究，例，Li等研究了含有球面支链或平行子支链的2T1R空间机构；Huang. Z、Kong、杨宁等利用螺旋理论对2T1R型并联机构进行了型综合；Liu等提出一组新型2T1R型并联机构，相比于原先的2T1R型并联机构，此类型机构运动学求解更简单，构造更简单，能耗更少；Gogu. G等提出一组含有分叉的空间运动的2T1R并联机构。

但具有符号式位置正解和运动解耦的两平移一转动并联机构还不多。因此，要提出新的零耦合度且符号式正向位置和运动解耦的两平移一转动并联装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的不足，现提供一种零耦合度且符号式正向位置和运动解耦的两平移一转动机器人，其具有结构简单、零耦合度、符号式运动学正解、部分运动解耦等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人，包括动平台及静平台，所述动平台和静平台之间设有混合特征支链及约束支链；

所述混合特征支链包含支链一和支链二并联连接而成的空间子并联机构，所述支链一由依次串联的滑块一、转动副一、转动副二及转动副三串联组成，滑块一的移动方向、转动副一的轴线、转动副二的轴线及转动副三的轴线相互平行，所述支链二由依次串联的滑块二、转动副四及转动副五组成，滑块二的移动方向与转动副四的轴线垂直，转动副四的轴线与转动副五的轴线平行，滑块一和滑块二均设置在静平台上，滑块一的移动方向和滑块二的移动方向在同一条直线上，转动副三的轴线和转动副五的轴线垂直，转动副三通过输出杆连接转动副五；

空间子并联机构的输出杆上的垂直杆通过转动副六连接于动平台的一端，转动副三的轴线和转动副六的轴线垂直，转动副六的轴线和转动副五的轴线垂直；

所述约束支链包含平行四边形机构，平行四边形机构由轴线相互平行且依次串联的转动副十一、转动副十二、转动副十三及转动副十四构成；

转动副十一和转动副十二之间的连接杆上固定有移动方向与其平行的滑块三，滑块三设置在静平台上，滑块三的移动方向和滑块一的移动方向平行，转动副十三和转动副十四之间的连接杆上固定有轴线与其垂直的转动副七，转动副七上固定有转动副八，转动副七的轴线与转动副八的轴线平行，转动副八连接动平台的另一端，转动副八的轴线和转动副六的轴线平行。

进一步地，所述平行四边形机构的运动平面、滑块三的移动方向及转动副七的轴线在同一平面内。

本发明还提供一种含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人，包括动平台及静平台，所述动平台和静平台之间设有混合特征支链及约束支链；

所述混合特征支链包含支链一和支链二并联连接而成的空间子并联机构，所述支链一由依次串联的滑块一、转动副一、转动副二及转动副三串联组成，滑块一的移动方向、转动副一的轴线、转动副二的轴线及转动副三的轴线相互平行，所述支链二由依次串联的滑块二、转动副四及转动副五组成，滑块二的移动方向与转动副四的轴线垂直，转动副四的轴线与转动副五的轴线平行，滑块一和滑块二均设置在静平台上，滑块一的移动方向和滑块二的移动方向在同一条直线上，转动副三的轴线和转动副五的轴线垂直，转动副三通过输出杆连接转动副五；

空间子并联机构的输出杆上的垂直杆通过转动副六连接于动平台的一端，转动副三的轴线和转动副六的轴线垂直，转动副六的轴线和转动副五的轴线垂直；

所述约束支链由依次串联的滑块三、转动副九、转动副七及转动副八组成，滑块三的移动方向、转动副九的轴线、转动副七的轴线及转动副八的轴线相互平行，滑块三设置在静平台上，滑块三的移动方向和滑块一的移动方向平行，转动副八上设置有转动副十，转动副八的轴线与转动副十的轴线垂直，转动副十连接动平台的另一端，转动副十的轴线和转动副六的轴线平行。

本发明还提供一种含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人，包括动平台及静平台，所述动平台和静平台之间设有混合特征支链及简单支链；

所述混合特征支链包含支链一和支链二并联连接而成的空间子并联机构，所述支链一由依次串联的滑块一、转动副一、转动副二及转动副三串联组成，滑块一的移动方向、转动副一的轴线、转动副二的轴线及转动副三的轴线相互平行，所述支链二由依次串联的滑块二、转动副四及转动副五组成，滑块二的移动方向与转动副四的轴线垂直，转动副四的轴线与转动副五的轴线平行，滑块一和滑块二均设置在静平台上，滑块一的移动方向和滑块二的移动方向在同一条直线上，转动副三的轴线和转动副五的轴线垂直，转动副三通过输出杆连接转动副五；

空间子并联机构的输出杆上的垂直杆通过转动副六连接于动平台的一端，转动副三的轴线和转动副六的轴线垂直；

所述简单支链由球副一、球副二及滑块三依次串联连接组成，动平台的另一端连接球副一，静平台连接滑块三。

本发明的有益效果是：本发明的含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人其自由度为3，耦合度为0，且具有符号式位置正解，及输入-输出运动解耦性，且加工、制造容易。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1 是本发明含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人实施例1的示意图；

图2 是本发明的含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人实施例2的示意图；

图3 是本发明的含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人实施例3的示意图。

图中：0、静平台，1、动平台，2、输出杆，3、垂直杆；

A、混合特征支链，B、约束支链，C、简单支链；

P₁₁、滑块一，P₂₁、滑块二，P₃₁、滑块三；

R₁₂、转动副一，R₁₃、转动副二，R₁₄、转动副三，R₂₂、转动副四，R₂₃、转动副五，R₂₄、转动副六，R₃₂、转动副九，R₃₃、转动副七，R₃₄、转动副八，R₃₅、转动副十，R_a1、转动副十一，R_b1、转动副十二，R_c1、转动副十三，R_d1、转动副十四；

S₃₃、球副一，S₃₂、球副二。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等) 可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。

实施例1。

如图1所示，一种含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人，包括动平台1及静平台0，所述动平台1和静平台0之间设有混合特征支链A及约束支链B；

所述混合特征支链A包含支链一和支链二并联连接而成的空间子并联机构，所述支链一由依次串联的滑块一P₁₁、转动副一R₁₂、转动副二R₁₃及转动副三R₁₄串联组成，滑块一P₁₁的移动方向、转动副一R₁₂的轴线、转动副二R₁₃的轴线及转动副三R₁₄的轴线相互平行，所述支链二由依次串联的滑块二P₂₁、转动副四R₂₂及转动副五R₂₃组成，滑块二P₂₁的移动方向与转动副四R₂₂的轴线垂直，转动副四R₂₂的轴线与转动副五R₂₃的轴线平行，滑块一P₁₁和滑块二P₂₁均设置在静平台0上，滑块一P₁₁的移动方向和滑块二P₂₁的移动方向在同一条直线上，转动副三R₁₄的轴线和转动副五R₂₃的轴线垂直，转动副三R₁₄通过输出杆2连接转动副五R₂₃；

空间子并联机构的输出杆2上的垂直杆3通过转动副六R₂₄连接于动平台1的一端，转动副三R₁₄的轴线和转动副六R₂₄的轴线垂直，转动副六R₂₄的轴线和转动副五R₂₃的轴线垂直；

所述约束支链B包含平行四边形机构，平行四边形机构由轴线相互平行且依次串联的转动副十一R_a1、转动副十二R_b1、转动副十三R_c1及转动副十四R_d1构成；

转动副十一R_a1和转动副十二R_b1之间的连接杆上固定有移动方向与其平行的滑块三P₃₁，滑块三P₃₁设置在静平台0上，滑块三P₃₁的移动方向和滑块一P₁₁的移动方向平行，转动副十三R_c1和转动副十四R_d1之间的连接杆上固定有轴线与其垂直的转动副七R₃₃，转动副七R₃₃上固定有转动副八R₃₄，转动副七R₃₃的轴线与转动副八R₃₄的轴线平行，转动副八R₃₄连接动平台1的另一端，转动副八R₃₄的轴线和转动副六R₂₄的轴线平行。

其中，所述平行四边形机构的运动平面、滑块三P₃₁的移动方向及转动副七R₃₃的轴线在同一平面内；可提升结构的紧凑性；

该机器人的自由度为三，当取静平台0上的滑块一P₁₁、滑块二P₂₁、滑块三P₃₁ 为驱动副时，该机器人的动平台1可实现沿YOZ平面内的两维平移和绕Z轴的一维转动输出。

这种两平移一转动机器人的优势是：1）零耦合度使机器人具有符号式位置正解；2）含两个最小子运动链且分别包含有驱动副，使机器人具有部分运动解耦特性；3）全由低副构成，制造容易。该机器人可设计为适用于制造汽车、五金、电子产品等领域内，小批量、多品种曲线形状的高刚度管材弯曲加工并联装备。

实施例2

如图2所示，一种含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人，包括动平台1及静平台0，所述动平台1和静平台0之间设有混合特征支链A及约束支链B；

所述混合特征支链A包含支链一和支链二并联连接而成的空间子并联机构，所述支链一由依次串联的滑块一P₁₁、转动副一R₁₂、转动副二R₁₃及转动副三R₁₄串联组成，滑块一P₁₁的移动方向、转动副一R₁₂的轴线、转动副二R₁₃的轴线及转动副三R₁₄的轴线相互平行，所述支链二由依次串联的滑块二P₂₁、转动副四R₂₂及转动副五R₂₃组成，滑块二P₂₁的移动方向与转动副四R₂₂的轴线垂直，转动副四R₂₂的轴线与转动副五R₂₃的轴线平行，滑块一P₁₁和滑块二P₂₁均设置在静平台0上，滑块一P₁₁的移动方向和滑块二P₂₁的移动方向在同一条直线上，转动副三R₁₄的轴线和转动副五R₂₃的轴线垂直，转动副三R₁₄通过输出杆2连接转动副五R₂₃；

空间子并联机构的输出杆2上的垂直杆3通过转动副六R₂₄连接于动平台1的一端，转动副三R₁₄的轴线和转动副六R₂₄的轴线垂直，转动副六R₂₄的轴线和转动副五R₂₃的轴线垂直；

所述约束支链B由依次串联的滑块三P₃₁、转动副九R₃₂、转动副七R₃₃及转动副八R₃₄组成，滑块三P₃₁的移动方向、转动副九R₃₂的轴线、转动副七R₃₃的轴线及转动副八R₃₄的轴线相互平行，滑块三P₃₁设置在静平台0上，滑块三P₃₁的移动方向和滑块一P₁₁的移动方向平行，转动副八R₃₄上设置有转动副十R₃₅，转动副八R₃₄的轴线与转动副十R₃₅轴线垂直，转动副十R₃₅连接动平台1的另一端，转动副十R₃₅的轴线和转动副六R₂₄的轴线平行。

该机器人的自由度为三，当取静平台0上的滑块一P₁₁、滑块二P₂₁、滑块三P₃₁ 为驱动副时，该机器人的动平台1可实现沿YOZ平面内的两维平移和绕Z轴的一维转动输出。

这种两平移一转动机器人的优势是：1）零耦合度使机器人具有符号式位置正解；2）含两个最小子运动链且分别包含有驱动副，使机器人具有部分运动解耦特性；3）全由低副构成，制造容易。该机器人可设计为适用于制造汽车、五金、电子产品等领域内，小批量、多品种曲线形状的高刚度管材弯曲加工并联装备。

实施例3

如图3所示，一种含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人，包括动平台1及静平台0，所述动平台1和静平台0之间设有混合特征支链A及简单支链C；

所述混合特征支链A包含支链一和支链二并联连接而成的空间子并联机构，所述支链一由依次串联的滑块一P₁₁、转动副一R₁₂、转动副二R₁₃及转动副三R₁₄串联组成，滑块一P₁₁的移动方向、转动副一R₁₂的轴线、转动副二R₁₃的轴线及转动副三R₁₄的轴线相互平行，所述支链二由依次串联的滑块二P₂₁、转动副四R₂₂及转动副五R₂₃组成，滑块二P₂₁的移动方向与转动副四R₂₂的轴线垂直，转动副四R₂₂的轴线与转动副五R₂₃的轴线平行，滑块一P₁₁和滑块二P₂₁均设置在静平台0上，滑块一P₁₁的移动方向和滑块二P₂₁的移动方向在同一条直线上，转动副三R₁₄的轴线和转动副五R₂₃的轴线垂直，转动副三R₁₄通过输出杆2连接转动副五R₂₃；

空间子并联机构的输出杆2上的垂直杆3通过转动副六R₂₄连接于动平台1的一端，转动副三R₁₄的轴线和转动副六R₂₄的轴线垂直；

所述简单支链C由球副一S₃₃、球副二S₃₂及滑块三P₃₁依次串联连接组成，动平台1的另一端连接球副一S₃₃，静平台0连接滑块P₃₁；以此可实现滑块三P₃₁的移动方向可任意布置于静平台0上。

该机器人的自由度为三，当取静平台0上的滑块一P₁₁、滑块二P₂₁、滑块三P₃₁ 为驱动副时，该机器人的动平台1可实现沿YOZ平面内的两维平移和绕Z轴的一维转动输出。

这种两平移一转动机器人的优势是：1）零耦合度使机器人具有符号式位置正解；2）含两个最小子运动链且分别包含有驱动副，使机器人具有部分运动解耦特性；3）全由低副构成，制造容易。该机器人可设计为适用于制造汽车、五金、电子产品等领域内，小批量、多品种曲线形状的高刚度管材弯曲加工并联装备。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人，包括动平台（1）及静平台（0），其特征在于：所述动平台（1）和静平台（0）之间设有混合特征支链（A）及约束支链（B）；

所述混合特征支链（A）包含支链一和支链二并联连接而成的空间子并联机构，所述支链一由依次串联的滑块一（P₁₁）、转动副一（R₁₂）、转动副二（R₁₃）及转动副三（R₁₄）串联组成，滑块一（P₁₁）的移动方向、转动副一（R₁₂）的轴线、转动副二（R₁₃）的轴线及转动副三（R₁₄）的轴线相互平行，所述支链二由依次串联的滑块二（P₂₁）、转动副四（R₂₂）及转动副五（R₂₃）组成，滑块二（P₂₁）的移动方向与转动副四（R₂₂）的轴线垂直，转动副四（R₂₂）的轴线与转动副五（R₂₃）的轴线平行，滑块一（P₁₁）和滑块二（P₂₁）均设置在静平台（0）上，滑块一（P₁₁）的移动方向和滑块二（P₂₁）的移动方向在同一条直线上，转动副三（R₁₄）的轴线和转动副五（R₂₃）的轴线垂直，转动副三（R₁₄）通过输出杆（2）连接转动副五（R₂₃）；

空间子并联机构的输出杆（2）上的垂直杆（3）通过转动副六（R₂₄）连接于动平台（1）的一端，转动副三（R₁₄）的轴线和转动副六（R₂₄）的轴线垂直，转动副六（R₂₄）的轴线和转动副五（R₂₃）的轴线垂直；

所述约束支链（B）包含平行四边形机构，平行四边形机构由轴线相互平行且依次串联的转动副十一（R_a1）、转动副十二（R_b1）、转动副十三（R_c1）及转动副十四（R_d1）构成；

转动副十一（R_a1）和转动副十二（R_b1）之间的连接杆上固定有移动方向与其平行的滑块三（P₃₁），滑块三（P₃₁）设置在静平台（0）上，滑块三（P₃₁）的移动方向和滑块一（P₁₁）的移动方向平行，转动副十三（R_c1）和转动副十四（R_d1）之间的连接杆上固定有轴线与其垂直的转动副七（R₃₃），转动副七（R₃₃）上固定有转动副八（R₃₄），转动副七（R₃₃）的轴线与转动副八（R₃₄）的轴线平行，转动副八（R₃₄）连接动平台（1）的另一端，转动副八（R₃₄）的轴线和转动副六（R₂₄）的轴线平行。

2.根据权利要求1所述的含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人，其特征在于：所述平行四边形机构的运动平面、滑块三（P₃₁）的移动方向及转动副七（R₃₃）的轴线在同一平面内。

3.一种含特征链的大转角零耦合度两平移一转动机器人，包括动平台（1）及静平台（0），其特征在于：所述动平台（1）和静平台（0）之间设有混合特征支链（A）及约束支链（B）；

所述混合特征支链（A）包含支链一和支链二并联连接而成的空间子并联机构，所述支链一由依次串联的滑块一（P₁₁）、转动副一（R₁₂）、转动副二（R₁₃）及转动副三（R₁₄）串联组成，滑块一（P₁₁）的移动方向、转动副一（R₁₂）的轴线、转动副二（R₁₃）的轴线及转动副三（R₁₄）的轴线相互平行，所述支链二由依次串联的滑块二（P₂₁）、转动副四（R₂₂）及转动副五（R₂₃）组成，滑块二（P₂₁）的移动方向与转动副四（R₂₂）的轴线垂直，转动副四（R₂₂）的轴线与转动副五（R₂₃）的轴线平行，滑块一（P₁₁）和滑块二（P₂₁）均设置在静平台（0）上，滑块一（P₁₁）的移动方向和滑块二（P₂₁）的移动方向在同一条直线上，转动副三（R₁₄）的轴线和转动副五（R₂₃）的轴线垂直，转动副三（R₁₄）通过输出杆（2）连接转动副五（R₂₃）；

空间子并联机构的输出杆（2）上的垂直杆（3）通过转动副六（R₂₄）连接于动平台（1）的一端，转动副三（R₁₄）的轴线和转动副六（R₂₄）的轴线垂直，转动副六（R₂₄）的轴线和转动副五（R₂₃）的轴线垂直；

所述约束支链（B）由依次串联的滑块三（P₃₁）、转动副九（R₃₂）、转动副七（R₃₃）及转动副八（R₃₄）组成，滑块三（P₃₁）的移动方向、转动副九（R₃₂）的轴线、转动副七（R₃₃）的轴线及转动副八（R₃₄）的轴线相互平行，滑块三（P₃₁）设置在静平台（0）上，滑块三（P₃₁）的移动方向和滑块一（P₁₁）的移动方向平行，转动副八（R₃₄）上设置有转动副十（R₃₅），转动副八（R₃₄）的轴线与转动副十（R₃₅）的轴线垂直，转动副十（R₃₅）连接动平台（1）的另一端，转动副十（R₃₅）的轴线和转动副六（R₂₄）的轴线平行。

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