CN1267586A - 一种四自由度并联机器人机构 - Google Patents

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本发明属于工业机器人领域,包括机架、运动台、连接运动台与机架的分支;运动台通过四个分支与机架连接,形成并联闭环结构;其中,两个分支各含有两个单自由度运动副,一个球铰链,另外两个分支各含有一个单自由度运动副,两个球铰链或一个球铰链和一个虎克铰;连接运动台和固定台的各四个铰链呈交叉布置。本发明具有运动方式明确、运动学正反解容易、高刚度、高精度、低运动质量、高动态性能、结构简单的优点。

Description

一种四自由度并联机器人机构
本发明属于工业机器人领域，特别涉及一种两维移动两维转动的四自由度并联机器人机构。
在机器人化的作业任务服役的现有机器人中，有两类机构：串联和并联。串联式是各杆件通过运动副依次相连的开式链，这类机器人具有大的作业空间和高的灵活性，缺点是：①由于各杆件误差的累积导致末端件精度很低；②刚度低；③惯量大，动力学性能很差。因此串联机器人在需要高定位和力控制精度的作业场合很不适用，为了避免这类缺点，机器人机构可以采用并联式。
并联机器人机构是一种闭环机构，其动平台或称末断执行器通过至少两个独立的运动链与机架相联接。一种完全并联机构必备的要素是：a.末端执行器必须具有运动自由度；b.这种末端执行器通过几个相互关联的运动链或分支与机架相联接；c.每个运动链至多含有两个杆件；d.每个分支或运动链由唯一的移动副或转动副驱动。与串联机构相比，并联机构具有刚度高、精度高、动力学性能好、结构紧凑等优点，因此在70年代末到80年代初，并联机构被用到工业机器人的机构。目前，并联机构特别是少自由度(自由度少于6)的并联机构在机床、微动操作台、机器人用力与力矩传感器、飞行模拟器等行业中越来越得到重视。
并联机构在1949年就出现过，是美国一个叫高弗(Gough)的人设计来检测轮胎的，在60年代，这种机构被重新发掘出来，原因是因为这种机构在飞行模拟器上更实用。在1965年，斯帝瓦特(Stewart)这个人利用6自由度的并联机构做了一个飞行模拟器，并把这种机构称为斯帝瓦特(Stewart)机构。因此一开始，并联机构多指6自由度的斯帝瓦特(Stewart)或高弗-斯帝瓦特(Gough-Stewart)机构，并联机构用做飞行模拟器的一个很重要的原因是它的能重比高，运动台上的作用力比较均匀的分布在六个杆件上，每个杆件相当于承载了1/6的作用力，因此其能重比高，例如一个并联机器人样机的重量是35kg，其承载为600kg。但六自由度并联机构又给人们带来很多甚至是目前还无法解决的难题，比如其运动学正解、动力学模型的建立以及精度标定等等，这严重的阻碍了六自由度并联机构在实际中的的进一步应用。
目前的并联机构多具有2、3、4、5和6个自由度。根据有关文献，现有公开的并联机构(包括非完全并联机构)有87种，其中3、6自由度的各占40％，4自由度的占6％，5自由度的占3.5％，2自由度的并联机构占10.5％。由以上分配比例来看，由于杆件的限制，2自由度机构种类并不多是合情合理的，4、5自由度的并联机构少的可怜，其原因在于人们还没有找到一种途径能够把空间三个移动、三个转动自由度分解开来，对于并联机构来说，这是一件很不容易的事情；另一个原因是从结构对称的角度出发，4、5自由度的并联机构很难具备这种要求。4、5自由度的并联机构少，并不表示实际中不需要或需要的少，恰恰相反，4、5自由度的并联机构在工业中应用更广泛。现有的四自由度并联机构有的不是完全并联机构，有的结构复杂，很难在实际中得到进一步应用。例如，如图1所示的四自由度并联机器人机构，该机构的动平台46通过三个支链44、49、50与机架41相连接，其中支链49、50具有相同的形式：与动平台46和机架41的连接均为球铰链47、48、51、52(每个支链的其中一个球铰链也可以是虎克铰)，每个支链有一个驱动；支链44的运动副均为转动副42、43、45，该支链有两个驱动。从输入的角度出发，该机构不是一种完全并联机构。
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种四自由度并联机器人机构，把空间的移动和转动有机的结合起来，构成两维移动两维转动的四自由度并联机器人机构，具有高刚度，高精度，低运动质量，高动态性能，运动学正、反解简单等特性。
本发明提出的一种四自由度并联机器人机构，包括机架、运动台、连接运动台与机架的分支；其特征在于，所说的运动台通过四个分支与机架连接，形成并联闭环结构；其中，两个分支各含有两个单自由度运动副，一个球铰链，另外两个分支各含有一个单自由度运动副，两个球铰链或一个球铰链和一个虎克铰；连接运动台和固定台的各四个铰链呈交叉布置。
所说的四个分支的杆件可为可伸缩连杆，其中第一、三个分支连接运动台一端的运动副可为三自由度球铰，另一端连接机架的运动副可为转动副；第二、四分支连接运动台的运动副可为三自由度球铰，连接机架的运动副可为虎克铰或球铰链。
所说的每个分支的杆件可由连杆与连架杆构成，第一、三分支的连杆可通过转动副与连架杆相连接；第二、四分支的连杆连接连架杆的运动副可为虎克铰或球铰；四个分支连接运动台的运动副可为三自由度球铰，与机架相连接的运动副可为转动副。
本发明与现有技术相比有如下优点：
1、本发明的并联机器人机构与传统的串联式机器人机构相比，具有高刚度，高精度，低运动质量，高动态性能等特性。
2、本发明的并联机器人机构运动学正、反解简单。
3、本发明的空间三自由度并联机器人机构把空间的移动和转动有机的结合起来；
4、本发明的四自由度并联机器人机构的运动平台具有明确的运动形式：两个移动、两个转动。
5、本发明四自由度并联机器人机构在需要四个空间运动的作业中有着广泛的应用前景。
附图简要说明：
图1为已有的一种四自由度并联机器人机构示意图。
图2为本发明的四自由度并联机器人机构的实施例之一总体结构示意图。
图3为本发明的四自由度并联机器人机构的实施例之二总体结构示意图。
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详述：
实施例1：四自由度并联机器人机构之一
本实施例的总体结构如图2所示，该机构的运动台7通过四个可伸缩连杆4、5、10、11与机架1相连接，其中连杆4、10连接运动台7一端的运动副为三自由度球铰6、8，另一端连接机架1的运动副为转动副2、12；连杆5、11连接运动台7的运动副为三自由度球铰14、9，连接机架1的运动副分别为虎克铰3和13。运动台7通过四个可伸缩连杆4、5、10、11的移动来实现连杆4和10所在平面的二维移动和绕铰链6与8和14与9的两轴线的转动的四自由度空间运动。
实施例2：四自由度并联机器人机构之二
本实施例的总体结构如图3所示，该机构的运动台35分别通过由四个连杆17、31、18、32和相对应的四个连架杆40、37、21、28构成的四个分支与机架24相连接。连杆17、31连接运动台35一端的运动副为三自由度球铰15、33，另一端通过转动副19、30与连架杆40、37相连接；连杆18、32连接运动台35的运动副为三自由度球铰16、34，连接连架杆21、28的运动副分别为虎克铰或球铰20和29；连架杆40、37、21、28分别通过转动副38、25、22、36与机架相连接。运动台35通过四个电机39、26、23、27驱动四个连架杆40、37、21、28的转动来实现连杆40和37所在平面的二维移动和绕铰链15与33和16与34的两轴线的转动的四自由度空间运动。

Claims (3)

1、一种四自由度并联机器人机构，包括机架、运动台、连接运动台与机架的分支；其特征在于，所说的运动台通过四个分支与机架连接，形成并联闭环结构；其中，两个分支各含有两个单自由度运动副，一个球铰链，另外两个分支各含有一个单自由度运动副，两个球铰链或一个球铰链和一个虎克铰；连接运动台和固定台的各四个铰链呈交叉布置。
2、按照权利要求1所说的四自由度并联机器人机构，其特征在于：所说的四个分支的杆件为可伸缩连杆，其中第一、三个分支连接运动台一端的运动副为三自由度球铰，另一端连接机架的运动副为转动副；第二、四分支连接运动台的运动副为三自由度球铰，连接机架的运动副为虎克铰或球铰链。
3、按照权利要求1所说的四自由度并联机器人机构，其特征在于：所说的每个分支的杆件由连杆与连架杆构成，第一、三分支的连杆通过转动副与连架杆相连接；第二、四分支的连杆连接连架杆的运动副为虎克铰或球铰；四个分支连接运动台的运动副为三自由度球铰，与机架相连接的运动副为转动副。
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Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100436058C (zh) * 2006-11-24 2008-11-26 哈尔滨工业大学 五轴联动并串联数控抛光机床
CN101844349A (zh) * 2010-05-17 2010-09-29 清华大学 一种冗余并联机器人系统
CN101966507A (zh) * 2010-10-15 2011-02-09 江苏长虹涂装机械有限公司 空间四自由度并联机构及喷涂机器人
CN101745916B (zh) * 2009-12-16 2011-06-01 电子科技大学 带容错和纠错功能的并联机器人装置及其容错和纠错方法
CN102240911A (zh) * 2011-06-15 2011-11-16 天津职业技术师范大学 具有两维转动和两维移动的非完全对称的四自由度空间并联机构
CN101696634B (zh) * 2009-11-09 2012-06-13 上海交通大学 六自由度盾构管片拼装机
CN101788376B (zh) * 2010-01-18 2013-04-10 清华大学 风洞模型支撑装置
CN103317499A (zh) * 2013-05-31 2013-09-25 燕山大学 一种折叠式四自由度并联稳定平台
CN103600348A (zh) * 2013-11-25 2014-02-26 燕山大学 一种四分支无汇交点二自由度转动并联机构
CN104369182A (zh) * 2014-11-06 2015-02-25 燕山大学 一种4spr+2r型四自由度并联机构
CN104588244A (zh) * 2015-01-13 2015-05-06 清华大学 一种用于汽车保险杠喷涂的五自由度机器人装置
CN105522562A (zh) * 2016-01-12 2016-04-27 常州大学 一种可实现抓取运动的四自由度单动平台并联机构
CN105563469A (zh) * 2016-02-03 2016-05-11 吴燕 一种可调式六自由度人体头部按摩保健机器人
CN105666471A (zh) * 2016-03-29 2016-06-15 燕山大学 一种sps+upu+(2rps+r)型四自由度并联机器人
CN105798890A (zh) * 2016-05-25 2016-07-27 刘明月 一种新能源汽车零部件仓库作业智能机械手
CN105798502A (zh) * 2016-05-23 2016-07-27 丁士林 一种四自由度污水处理管道拦污板焊接工业机器人
CN105818138A (zh) * 2016-05-25 2016-08-03 刘明月 一种汽车零部件自动化码垛机器人用码垛器
CN105922230A (zh) * 2016-05-25 2016-09-07 刘明月 一种汽车零部件自动化码垛机器人
CN105947651A (zh) * 2016-05-25 2016-09-21 刘明月 一种电动汽车零部件智能搬运机械爪
CN106013300A (zh) * 2016-06-23 2016-10-12 安庆市蒲公英水电安装工程有限公司 一种高速路边沟清扫疏通智能装备
CN106002927A (zh) * 2016-07-14 2016-10-12 安庆里外里工业产品设计有限公司 一种基于冗余四自由度的建筑施工搬运工业机器人
CN106026565A (zh) * 2016-06-23 2016-10-12 姚海丽 一种新型电机插纸工业机器人专用插纸设备
CN106002952A (zh) * 2016-07-06 2016-10-12 徐子桐 一种防塌方岩土挡土墙用液压抓取机械臂
CN106076827A (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 安徽旺达铜业发展有限公司 一种铜粉生产筛分设备
CN106184796A (zh) * 2016-06-28 2016-12-07 安庆市佰斯特电子科技有限公司 一种空中无线网络侦测无人机充电站用减震平台
CN106181955A (zh) * 2016-07-14 2016-12-07 安庆里外里工业产品设计有限公司 一种建筑施工搬运工业机器人专用支撑装置
CN106561093A (zh) * 2016-10-27 2017-04-19 中国农业大学 一种基于四自由度并联机构的激光除草机器人
CN108347143A (zh) * 2016-06-23 2018-07-31 张雪梅 一种电机定子绝缘槽自动插入绝缘纸的方法
CN109630101A (zh) * 2018-11-27 2019-04-16 中国地质大学（武汉） 一种基于微力并联机构的六维加速度传感器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100354068C (zh) * 2005-02-06 2007-12-12 燕山大学 具有被动约束分支四自由度并联机器人机构
CN100372657C (zh) * 2006-04-18 2008-03-05 燕山大学 三自由度6-ups三移动并联机器人

Cited By (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100436058C (zh) * 2006-11-24 2008-11-26 哈尔滨工业大学 五轴联动并串联数控抛光机床
CN101696634B (zh) * 2009-11-09 2012-06-13 上海交通大学 六自由度盾构管片拼装机
CN101745916B (zh) * 2009-12-16 2011-06-01 电子科技大学 带容错和纠错功能的并联机器人装置及其容错和纠错方法
CN101788376B (zh) * 2010-01-18 2013-04-10 清华大学 风洞模型支撑装置
CN101844349A (zh) * 2010-05-17 2010-09-29 清华大学 一种冗余并联机器人系统
CN101966507A (zh) * 2010-10-15 2011-02-09 江苏长虹涂装机械有限公司 空间四自由度并联机构及喷涂机器人
CN101966507B (zh) * 2010-10-15 2012-11-07 江苏长虹汽车装备集团有限公司 空间四自由度并联机构及喷涂机器人
CN102240911A (zh) * 2011-06-15 2011-11-16 天津职业技术师范大学 具有两维转动和两维移动的非完全对称的四自由度空间并联机构
CN103317499A (zh) * 2013-05-31 2013-09-25 燕山大学 一种折叠式四自由度并联稳定平台
CN103600348A (zh) * 2013-11-25 2014-02-26 燕山大学 一种四分支无汇交点二自由度转动并联机构
CN103600348B (zh) * 2013-11-25 2016-01-27 燕山大学 一种四分支无汇交点二自由度转动并联机构
CN104369182A (zh) * 2014-11-06 2015-02-25 燕山大学 一种4spr+2r型四自由度并联机构
CN104369182B (zh) * 2014-11-06 2016-04-06 燕山大学 一种4spr+2r型四自由度并联机构
CN104588244A (zh) * 2015-01-13 2015-05-06 清华大学 一种用于汽车保险杠喷涂的五自由度机器人装置
CN104588244B (zh) * 2015-01-13 2016-09-28 清华大学 一种用于汽车保险杠喷涂的五自由度机器人装置
CN105522562A (zh) * 2016-01-12 2016-04-27 常州大学 一种可实现抓取运动的四自由度单动平台并联机构
CN105563469A (zh) * 2016-02-03 2016-05-11 吴燕 一种可调式六自由度人体头部按摩保健机器人
CN105666471A (zh) * 2016-03-29 2016-06-15 燕山大学 一种sps+upu+(2rps+r)型四自由度并联机器人
CN105798502A (zh) * 2016-05-23 2016-07-27 丁士林 一种四自由度污水处理管道拦污板焊接工业机器人
CN105798502B (zh) * 2016-05-23 2017-12-12 郑利敏 一种四自由度污水处理管道拦污板焊接工业机器人
CN105818138A (zh) * 2016-05-25 2016-08-03 刘明月 一种汽车零部件自动化码垛机器人用码垛器
CN105922230A (zh) * 2016-05-25 2016-09-07 刘明月 一种汽车零部件自动化码垛机器人
CN105947651A (zh) * 2016-05-25 2016-09-21 刘明月 一种电动汽车零部件智能搬运机械爪
CN105798890A (zh) * 2016-05-25 2016-07-27 刘明月 一种新能源汽车零部件仓库作业智能机械手
CN106076827A (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 安徽旺达铜业发展有限公司 一种铜粉生产筛分设备
CN106026565A (zh) * 2016-06-23 2016-10-12 姚海丽 一种新型电机插纸工业机器人专用插纸设备
CN106013300A (zh) * 2016-06-23 2016-10-12 安庆市蒲公英水电安装工程有限公司 一种高速路边沟清扫疏通智能装备
CN106026565B (zh) * 2016-06-23 2018-07-20 吕衍荣 一种电机插纸工业机器人专用插纸设备
CN108347143A (zh) * 2016-06-23 2018-07-31 张雪梅 一种电机定子绝缘槽自动插入绝缘纸的方法
CN106184796A (zh) * 2016-06-28 2016-12-07 安庆市佰斯特电子科技有限公司 一种空中无线网络侦测无人机充电站用减震平台
CN106002952A (zh) * 2016-07-06 2016-10-12 徐子桐 一种防塌方岩土挡土墙用液压抓取机械臂
CN106002927A (zh) * 2016-07-14 2016-10-12 安庆里外里工业产品设计有限公司 一种基于冗余四自由度的建筑施工搬运工业机器人
CN106181955A (zh) * 2016-07-14 2016-12-07 安庆里外里工业产品设计有限公司 一种建筑施工搬运工业机器人专用支撑装置
CN106002927B (zh) * 2016-07-14 2018-07-17 吕志超 一种基于冗余四自由度的建筑施工搬运工业机器人
CN106561093A (zh) * 2016-10-27 2017-04-19 中国农业大学 一种基于四自由度并联机构的激光除草机器人
CN109630101A (zh) * 2018-11-27 2019-04-16 中国地质大学（武汉） 一种基于微力并联机构的六维加速度传感器
CN109630101B (zh) * 2018-11-27 2021-07-20 中国地质大学（武汉） 一种基于微力并联机构的六维加速度传感器

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