CN114227648A - 一种高刚度五自由度并联驱动机器人 - Google Patents

一种高刚度五自由度并联驱动机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN114227648A
CN114227648A CN202210009455.4A CN202210009455A CN114227648A CN 114227648 A CN114227648 A CN 114227648A CN 202210009455 A CN202210009455 A CN 202210009455A CN 114227648 A CN114227648 A CN 114227648A
Authority
CN
China
Prior art keywords
connecting rod
driving device
telescopic driving
telescopic
rigidity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210009455.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114227648B (zh
Inventor
张金柱
刘辛军
史汉卿
孟齐志
谢福贵
庄新臣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Tsinghua University
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, Taiyuan University of Technology filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202210009455.4A priority Critical patent/CN114227648B/zh
Publication of CN114227648A publication Critical patent/CN114227648A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114227648B publication Critical patent/CN114227648B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics

Abstract

本发明属于机械技术领域，具体涉及一种高刚度五自由度并联驱动机器人，包括静平台、驱动机构、执行机构和动平台，所述静平台用于与机架固定连接，并安装驱动机构；所述驱动机构包括第一驱动分支和第二驱动分支，所述执行机构包括第二连杆、第三连杆和第十连杆，所述第二连杆的下端通过虎克铰与第四连杆的中部连接，所述第三连杆的下端通过虎克铰与第五连杆的中部连接，所述第四连杆与第五连杆滑动连接，所述第十连杆的中部通过转动副与动平台的上端连接；所述动平台的底部用于安装末端执行器。本发明可实现空间内三维移动和二维转动，结构紧凑、控制灵活、刚度高，适用于精密操作、加工等领域。

Description

一种高刚度五自由度并联驱动机器人
技术领域
本发明属于机械技术领域，具体涉及一种高刚度五自由度并联驱动机器人。
背景技术
并联机构具有轻量化、灵活、结构紧凑等优点，已经成为机器人与机构学领域的研究热点和国际前沿，基于并联机构的加工装备是学术界和工业界的研究和需求热点。
事实上，在大多数工业应用中，五个自由度即可满足需求。为提高效率和加工质量，在三自由度并联机构的动平台上串联两自由度旋转头的混联机器人已经成功用于大型薄壁复杂曲面结构件的高精加工。然而，在一些需要高速重载的场合，串联摆头低速、弱刚性无法满足需求，且由于摆头的一部分驱动元器件仍会成为并联机构动平台的负载，可能会影响机构的动力学特性和有效负载能力。五自由度全并联机构有一定的局限性，比如工作空间小、转角受限等。
发明内容
本发明针对上述问题提供了一种高刚度五自由度并联驱动机器人。
为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：
一种高刚度五自由度并联驱动机器人，包括静平台、驱动机构、执行机构和动平台；
所述静平台用于与机架固定连接，并安装驱动机构；
所述驱动机构包括第一驱动分支和第二驱动分支，所述第一驱动分支包括第一伸缩驱动装置、第二伸缩驱动装置、第一旋转驱动装置和第一连杆，所述第一伸缩驱动装置和第二伸缩驱动装置的一端分别通过转动副连接在静平台的左右两端，所述第一伸缩驱动装置的另一端通过转动副与第二连杆的中部连接，所述第二伸缩驱动装置的另一端通过转动副与第三连杆的中部连接，所述第一旋转驱动装置固定安装在静平台的中部，所述第一连杆的上端通过转动副与静平台连接，所述第一旋转驱动装置的输出轴与第一连杆的上端固定连接，用于带动第一连杆旋转，所述第一连杆的下端通过转动副与第二连杆和第三连杆的上端连接，所述第二驱动分支包括第三伸缩驱动装置和第四伸缩驱动装置，所述第三伸缩驱动装置和第四伸缩驱动装置的一端分别通过虎克铰连接在静平台的前后两端，所述第三伸缩驱动装置和第四伸缩驱动装置的另一端分别通过球副连接在动平台的前后两端；
所述执行机构包括第二连杆、第三连杆和第十连杆，所述第二连杆的下端通过虎克铰与第四连杆的中部连接，所述第三连杆的下端通过虎克铰与第五连杆的中部连接，所述第四连杆与第五连杆滑动连接，所述第四连杆的左右两端分别通过转动副与第六连杆和第七连杆的上端连接，所述第五连杆的左右两端分别通过转动副与第八连杆和第九连杆的上端连接，所述第六连杆和第八连杆的下端通过转动副与第十连杆的左端连接，所述第七连杆和第九连杆的下端通过转动副与第十连杆的右端连接，所述第十连杆的中部通过转动副与动平台的上端连接；
所述动平台的底部用于安装末端执行器。
进一步，所述第四连杆和第五连杆的轴线重合，在所述第四连杆的右端和第五连杆的左端均固定设置有滑块，在两个所述滑块之间滑动设置有第一导杆和第二导杆。
再进一步，所述第七连杆或第八连杆中的其中一个中部为中空结构，以防止第七连杆与第八连杆交叉时产生碰撞。
更进一步，所述第一驱动分支中所有转动副的轴线均相互平行。
更进一步，所述第四连杆、第五连杆以及第十连杆的长度相同，所述第六连杆、第七连杆、第八连杆以及第九连杆的长度相同。
更进一步，所述第三伸缩驱动装置和第四伸缩驱动装置上端虎克铰中心之间的连线垂直于所述第一驱动分支所在平面。
更进一步，所述第一伸缩驱动装置、第二伸缩驱动装置、第三伸缩驱动装置和第四伸缩驱动装置均为电动伸缩缸，所述第一旋转驱动装置为驱动电机。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
本发明可实现空间内三维移动和二维转动，结构紧凑、控制灵活、刚度高，适用于精密操作、加工等领域。相比传统的并联机器人，本发明的机器人由执行机构和驱动机构组成，其中执行机构为被动机构，其上不含驱动元器件，具有动力学特性好，可实现较大的工作空间等特点；驱动机构由多分支并行组成，可实现较大承载。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图中，静平台—1、第一伸缩驱动装置—2、第二伸缩驱动装置—3、第一旋转驱动装置—4、第一连杆—5、第三伸缩驱动装置—6、第四伸缩驱动装置—7、第二连杆—8、第三连杆—9、第四连杆—10、第五连杆—11、第六连杆—12、第七连杆—13、第八连杆—14、第九连杆—15、第十连杆—16、滑块—17、第一导杆—18、第二导杆—19、动平台—20。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
如图1、图2所示，一种高刚度五自由度并联驱动机器人，包括静平台1、驱动机构、执行机构和动平台20；
所述静平台1用于与机架固定连接，并安装驱动机构；
所述驱动机构包括第一驱动分支和第二驱动分支，所述第一驱动分支包括第一伸缩驱动装置2、第二伸缩驱动装置3、第一旋转驱动装置4和第一连杆5，所述第一伸缩驱动装置2和第二伸缩驱动装置3的一端分别通过转动副连接在静平台1的左右两端，所述第一伸缩驱动装置2的另一端通过转动副与第二连杆8的中部连接，所述第二伸缩驱动装置3的另一端通过转动副与第三连杆9的中部连接，所述第一旋转驱动装置4固定安装在静平台1的中部，所述第一连杆5的上端通过转动副与静平台1连接，所述第一旋转驱动装置4的输出轴与第一连杆5的上端固定连接，用于带动第一连杆5旋转，所述第一连杆5的下端通过转动副与第二连杆8和第三连杆9的上端连接，所述第二驱动分支包括第三伸缩驱动装置6和第四伸缩驱动装置7，所述第三伸缩驱动装置6和第四伸缩驱动装置7的一端分别通过虎克铰连接在静平台1的前后两端，所述第三伸缩驱动装置6和第四伸缩驱动装置7的另一端分别通过球副连接在动平台20的前后两端，所述第一驱动分支中所有转动副的轴线均相互平行，所述第三伸缩驱动装置6和第四伸缩驱动装置7上端虎克铰中心之间的连线垂直于所述第一驱动分支所在平面；
所述执行机构包括第二连杆8、第三连杆9和第十连杆16，所述第二连杆8的下端通过虎克铰与第四连杆10的中部连接，所述第三连杆9的下端通过虎克铰与第五连杆11的中部连接，所述第四连杆10和第五连杆11的轴线重合，在所述第四连杆10的右端和第五连杆11的左端均固定设置有滑块17，在两个所述滑块17之间滑动设置有第一导杆18和第二导杆19，所述第四连杆10的左右两端分别通过转动副与第六连杆12和第七连杆13的上端连接，所述第五连杆11的左右两端分别通过转动副与第八连杆14和第九连杆15的上端连接，所述第六连杆12和第八连杆14的下端通过转动副与第十连杆16的左端连接，所述第七连杆13和第九连杆15的下端通过转动副与第十连杆16的右端连接，所述第七连杆13或第八连杆14中的其中一个中部为中空结构，以防止第七连杆13与第八连杆14交叉时产生碰撞，所述第十连杆16的中部通过转动副与动平台20的上端连接，所述第四连杆10、第五连杆11以及第十连杆16的长度相同，所述第六连杆12、第七连杆13、第八连杆14以及第九连杆15的长度相同；
所述动平台20的底部用于安装末端执行器。
上述实施例中，所述第一伸缩驱动装置2、第二伸缩驱动装置3、第三伸缩驱动装置6和第四伸缩驱动装置7均为电动伸缩缸，所述第一旋转驱动装置4为驱动电机。
以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种高刚度五自由度并联驱动机器人，其特征在于：包括静平台(1)、驱动机构、执行机构和动平台(20)；
所述静平台(1)用于与机架固定连接，并安装驱动机构；
所述驱动机构包括第一驱动分支和第二驱动分支，所述第一驱动分支包括第一伸缩驱动装置(2)、第二伸缩驱动装置(3)、第一旋转驱动装置(4)和第一连杆(5)，所述第一伸缩驱动装置(2)和第二伸缩驱动装置(3)的一端分别通过转动副连接在静平台(1)的左右两端，所述第一伸缩驱动装置(2)的另一端通过转动副与第二连杆(8)的中部连接，所述第二伸缩驱动装置(3)的另一端通过转动副与第三连杆(9)的中部连接，所述第一旋转驱动装置(4)固定安装在静平台(1)的中部，所述第一连杆(5)的上端通过转动副与静平台(1)连接，所述第一旋转驱动装置(4)的输出轴与第一连杆(5)的上端固定连接，用于带动第一连杆(5)旋转，所述第一连杆(5)的下端通过转动副与第二连杆(8)和第三连杆(9)的上端连接，所述第二驱动分支包括第三伸缩驱动装置(6)和第四伸缩驱动装置(7)，所述第三伸缩驱动装置(6)和第四伸缩驱动装置(7)的一端分别通过虎克铰连接在静平台(1)的前后两端，所述第三伸缩驱动装置(6)和第四伸缩驱动装置(7)的另一端分别通过球副连接在动平台(20)的前后两端；
所述执行机构包括第二连杆(8)、第三连杆(9)和第十连杆(16)，所述第二连杆(8)的下端通过虎克铰与第四连杆(10)的中部连接，所述第三连杆(9)的下端通过虎克铰与第五连杆(11)的中部连接，所述第四连杆(10)与第五连杆(11)滑动连接，所述第四连杆(10)的左右两端分别通过转动副与第六连杆(12)和第七连杆(13)的上端连接，所述第五连杆(11)的左右两端分别通过转动副与第八连杆(14)和第九连杆(15)的上端连接，所述第六连杆(12)和第八连杆(14)的下端通过转动副与第十连杆(16)的左端连接，所述第七连杆(13)和第九连杆(15)的下端通过转动副与第十连杆(16)的右端连接，所述第十连杆(16)的中部通过转动副与动平台(20)的上端连接；
所述动平台(20)的底部用于安装末端执行器。
2.根据权利要求1所述的一种高刚度五自由度并联驱动机器人，其特征在于：所述第四连杆(10)和第五连杆(11)的轴线重合，在所述第四连杆(10)的右端和第五连杆(11)的左端均固定设置有滑块(17)，在两个所述滑块(17)之间滑动设置有第一导杆(18)和第二导杆(19)。
3.根据权利要求1所述的一种高刚度五自由度并联驱动机器人，其特征在于：所述第七连杆(13)或第八连杆(14)中的其中一个中部为中空结构，以防止第七连杆(13)与第八连杆(14)交叉时产生碰撞。
4.根据权利要求1所述的一种高刚度五自由度并联驱动机器人，其特征在于：所述第一驱动分支中所有转动副的轴线均相互平行。
5.根据权利要求1所述的一种高刚度五自由度并联驱动机器人，其特征在于：所述第四连杆(10)、第五连杆(11)以及第十连杆(16)的长度相同，所述第六连杆(12)、第七连杆(13)、第八连杆(14)以及第九连杆(15)的长度相同。
6.根据权利要求1所述的一种高刚度五自由度并联驱动机器人，其特征在于：所述第三伸缩驱动装置(6)和第四伸缩驱动装置(7)上端虎克铰中心之间的连线垂直于所述第一驱动分支所在平面。
7.根据权利要求1所述的一种高刚度五自由度并联驱动机器人，其特征在于：所述第一伸缩驱动装置(2)、第二伸缩驱动装置(3)、第三伸缩驱动装置(6)和第四伸缩驱动装置(7)均为电动伸缩缸，所述第一旋转驱动装置(4)为驱动电机。
CN202210009455.4A 2022-01-06 2022-01-06 一种高刚度五自由度并联驱动机器人 Active CN114227648B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210009455.4A CN114227648B (zh) 2022-01-06 2022-01-06 一种高刚度五自由度并联驱动机器人

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210009455.4A CN114227648B (zh) 2022-01-06 2022-01-06 一种高刚度五自由度并联驱动机器人

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114227648A true CN114227648A (zh) 2022-03-25
CN114227648B CN114227648B (zh) 2023-11-03

Family

ID=80745965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210009455.4A Active CN114227648B (zh) 2022-01-06 2022-01-06 一种高刚度五自由度并联驱动机器人

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114227648B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114523466A (zh) * 2022-04-22 2022-05-24 西安德普赛科计量设备有限责任公司 一种完全解耦的3转动2移动并联机构
CN116766164A (zh) * 2023-08-23 2023-09-19 太原理工大学 一种带有多环耦合支链的高刚度五自由度并联驱动机器人
CN116803622A (zh) * 2023-08-23 2023-09-26 太原理工大学 一种高速高精度并联驱动机器人

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102601793A (zh) * 2012-03-29 2012-07-25 天津大学 新型空间全对称四自由度并联机构
EP2813716A1 (en) * 2013-06-14 2014-12-17 Penta Robotics Patents B.V. Magnetic ball joint
CN206344132U (zh) * 2016-10-25 2017-07-21 浙江理工大学 一种大转角两转动一移动并联机构
CN108161490A (zh) * 2017-12-27 2018-06-15 北京交通大学 一种具有大转角的冗余驱动五自由度并联机床
CN111168649A (zh) * 2020-01-08 2020-05-19 清华大学 高速高精度并联机器人
WO2020125044A1 (zh) * 2018-12-21 2020-06-25 清华大学 具有双动平台结构的四自由度并联机器人
US20200230826A1 (en) * 2017-10-11 2020-07-23 Tsinghua University Five-degree-of-freedom parallel mechanism and its extended equipment
CN211193873U (zh) * 2019-09-25 2020-08-07 中国地质大学（武汉） 一种三分支三移两转非过约束并联机器人

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102601793A (zh) * 2012-03-29 2012-07-25 天津大学 新型空间全对称四自由度并联机构
EP2813716A1 (en) * 2013-06-14 2014-12-17 Penta Robotics Patents B.V. Magnetic ball joint
CN206344132U (zh) * 2016-10-25 2017-07-21 浙江理工大学 一种大转角两转动一移动并联机构
US20200230826A1 (en) * 2017-10-11 2020-07-23 Tsinghua University Five-degree-of-freedom parallel mechanism and its extended equipment
CN108161490A (zh) * 2017-12-27 2018-06-15 北京交通大学 一种具有大转角的冗余驱动五自由度并联机床
WO2020125044A1 (zh) * 2018-12-21 2020-06-25 清华大学 具有双动平台结构的四自由度并联机器人
CN211193873U (zh) * 2019-09-25 2020-08-07 中国地质大学（武汉） 一种三分支三移两转非过约束并联机器人
CN111168649A (zh) * 2020-01-08 2020-05-19 清华大学 高速高精度并联机器人

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114523466A (zh) * 2022-04-22 2022-05-24 西安德普赛科计量设备有限责任公司 一种完全解耦的3转动2移动并联机构
CN114523466B (zh) * 2022-04-22 2022-07-29 西安德普赛科计量设备有限责任公司 一种完全解耦的3转动2移动并联机构
CN116766164A (zh) * 2023-08-23 2023-09-19 太原理工大学 一种带有多环耦合支链的高刚度五自由度并联驱动机器人
CN116803622A (zh) * 2023-08-23 2023-09-26 太原理工大学 一种高速高精度并联驱动机器人
CN116766164B (zh) * 2023-08-23 2023-10-20 太原理工大学 一种带有多环耦合支链的高刚度五自由度并联驱动机器人
CN116803622B (zh) * 2023-08-23 2023-10-27 太原理工大学 一种高速高精度并联驱动机器人

Also Published As

Publication number Publication date
CN114227648B (zh) 2023-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114227648B (zh) 一种高刚度五自由度并联驱动机器人
CN107433574B (zh) 一种六自由度串并联装配机器人
CN101844307A (zh) 一种驱动冗余三自由度并联机构
CN110653797B (zh) 一种三自由度气动平移并联机构
CN105082112A (zh) 具有三移两转的完全各向同性并联机器人机构
CN114227649B (zh) 一种三移两转五自由度并联驱动机器人
CN101722511A (zh) 一种全解耦三自由度空间并联机器人机构
CN102773856A (zh) 转动运动和平动运动单独控制的空间五自由度机构
CN111923025A (zh) 一种具有两个操作模式的三分支并联机构
CN102941572A (zh) 一种仅含低副的空间三平动并联机构
CN110815184B (zh) 一种四自由度高速并联机器人机构
CN104708617A (zh) 一种三自由度定位机构及其多自由度混联机械手
CN110653799A (zh) 一种具有三移一转的三分支非过约束高速并联机器人
CN110539293B (zh) 一种四自由度并联机构
CN102514001A (zh) 一种空间八活动度焊接机器人机构
CN112008699A (zh) 一种完全解耦两转动一移动并联机构
CN114603538B (zh) 一种完全解耦的球面3r转动并联机构
CN106826767B (zh) 一种基于抓取并联结构的六自由度并联机构
CN106625591B (zh) 一种三平两转五自由度并联机构
CN212385478U (zh) 一种完全解耦两转动一移动并联机构
CN112276912B (zh) 一种含有正交双直线驱动支链的并联机构
CN210061122U (zh) 同步带传动结构的电动缸驱动两平动抓取机器人机构
CN210161141U (zh) 同步带传动结构的高速两平动抓取机器人机构
CN210161140U (zh) 同步带传动结构的外转动副驱动两平动抓取机器人机构
CN111267070B (zh) 一种六自由度并联机器人机构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant