專(zhuān)利名稱(chēng)：一種二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，尤其涉及一種適合抓放操作的二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在機(jī)器人化作業(yè)的現(xiàn)有機(jī)器人中，有兩類(lèi)機(jī)構(gòu)串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)。串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有工作空間大、靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，也存在一些不足之處不僅各桿件的誤差累積、末端精度低，而且慣性大、剛度低、動(dòng)態(tài)性能較差。
并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一種具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，且驅(qū)動(dòng)器分配在不同環(huán)路上的閉式多環(huán)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)器人相對(duì)串聯(lián)機(jī)器人而言，具有剛度大、承載能力強(qiáng)、位置誤差不累積、精度高、自重負(fù)荷比小、動(dòng)力性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)?；诓⒙?lián)機(jī)構(gòu)的各種裝備成為傳統(tǒng)串聯(lián)裝備的一個(gè)重要補(bǔ)充，在許多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。目前，并聯(lián)機(jī)器人主要應(yīng)用于醫(yī)用外科設(shè)備、運(yùn)動(dòng)模擬、機(jī)械制造、自動(dòng)化裝配、精密加工與測(cè)量、微電子制造及娛樂(lè)行業(yè)等領(lǐng)域。
目前，已經(jīng)提出的新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)很多，但兩自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)依然非常少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)在工作平面內(nèi)進(jìn)行二維移動(dòng)，并保持姿態(tài)不變，機(jī)構(gòu)精度高、慣性小、高動(dòng)態(tài)性能、工作空間較大、運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和反解簡(jiǎn)單。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)的支鏈，所述動(dòng)平臺(tái)通過(guò)四個(gè)支鏈與靜平臺(tái)相連，其中兩個(gè)支鏈為主動(dòng)支鏈，另外兩個(gè)為被動(dòng)支鏈。
所述主動(dòng)支鏈包括一個(gè)主動(dòng)臂和一個(gè)從動(dòng)臂，主動(dòng)臂一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)相連，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與從動(dòng)臂相連，從動(dòng)臂另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連。
所述被動(dòng)支鏈包括一根或若干根連桿、兩根擺動(dòng)桿和兩根伸縮桿，伸縮桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連，擺動(dòng)桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)相連，伸縮桿通過(guò)移動(dòng)副與擺動(dòng)桿相連；一根連桿時(shí)，連桿固定在擺動(dòng)桿或伸縮桿上，若干根連桿時(shí)，連桿固定在擺動(dòng)桿上或伸縮桿上或既有固定在擺動(dòng)桿上又有伸縮桿上；所述連桿固定在擺動(dòng)桿上時(shí)，與兩根擺動(dòng)桿、靜平臺(tái)構(gòu)成平行四邊形，固定在伸縮桿上時(shí)，與伸縮桿、動(dòng)平臺(tái)形成平行四邊形。在被動(dòng)支鏈上采用更多的連桿，來(lái)連接兩根擺動(dòng)桿或兩根伸縮桿，可增強(qiáng)被動(dòng)支鏈和機(jī)構(gòu)整體的剛度。
所述兩個(gè)主動(dòng)支鏈的主動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)為機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輸入。本機(jī)構(gòu)通過(guò)兩個(gè)主動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的平面兩自由度平動(dòng)，在動(dòng)平臺(tái)上可以安裝各種工具，實(shí)現(xiàn)抓放等操作。
另外本發(fā)明機(jī)構(gòu)的靜平臺(tái)可通過(guò)一個(gè)線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在與該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平面垂直的方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的三維平動(dòng)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本發(fā)明的二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)采用多環(huán)結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)兩自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，具有高精度、高剛度、低慣性、高動(dòng)態(tài)性能、位置誤差不累積等優(yōu)點(diǎn)；(2)本發(fā)明的二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、反解簡(jiǎn)單，正解具有解析解，有利于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定；(3)本發(fā)明的二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，具有明確的運(yùn)動(dòng)形式，即二維平動(dòng)；兩個(gè)被動(dòng)支鏈對(duì)動(dòng)平臺(tái)提供約束，使動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)保持不變，并提高了機(jī)構(gòu)的整體剛度；(4)本發(fā)明采用主動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)作為機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輸入，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的高速二維移動(dòng)。


圖1是本發(fā)明的二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是被動(dòng)支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是被動(dòng)支鏈的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，是在圖2的基礎(chǔ)上添加了一根連桿；圖4是被動(dòng)支鏈的再一種結(jié)構(gòu)示意圖，是圖3的變異；圖5是被動(dòng)支鏈的另外一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-靜平臺(tái) 2-動(dòng)平臺(tái) 3、4-主動(dòng)支鏈 5、6-被動(dòng)支鏈3.1、4.1-主動(dòng)臂 3.2、4.2-從動(dòng)臂 5.1、6.1-擺動(dòng)桿 5.2、6.2-伸縮桿 5.3、6.3-連桿具體實(shí)施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。
如圖1所示，本發(fā)明的二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)2和連接靜平臺(tái)1與動(dòng)平臺(tái)2的支鏈，動(dòng)平臺(tái)2通過(guò)四個(gè)支鏈與靜平臺(tái)1相連，其中兩個(gè)為主動(dòng)支鏈3和4，另外兩個(gè)為被動(dòng)支鏈5和6；主動(dòng)支鏈3(4)包括一個(gè)主動(dòng)臂3.1(4.1)和一個(gè)從動(dòng)臂3.2(4.2)，主動(dòng)臂3.1(4.1)一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)1相連，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與從動(dòng)臂3.2(4.2)相連，從動(dòng)臂3.2(4.2)另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)2相連；被動(dòng)支鏈5(6)包括一根或若干根連桿5.3(6.3)、兩根擺動(dòng)桿5.1(6.1)和兩根伸縮桿5.2(6.2)，伸縮桿5.2(6.2)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)2相連，擺動(dòng)桿5.1(6.1)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)1相連，伸縮桿5.2(6.2)通過(guò)移動(dòng)副與擺動(dòng)桿5.1(6.1)相連。
以下以被動(dòng)支鏈5為例，被動(dòng)支鏈6和被動(dòng)支鏈5一樣。
一根連桿5.3時(shí)，連桿5.3固定在擺動(dòng)桿5.1(如圖2所示)或伸縮桿5.2(如圖5所示)上；如圖3和4所示，兩根連桿5.3時(shí)，連桿5.3一根固定在擺動(dòng)桿5.1上，另一根固定在伸縮桿5.2上。在被動(dòng)支鏈上還可以采用更多的連桿來(lái)連接兩根擺動(dòng)桿或兩根伸縮桿，以增強(qiáng)被動(dòng)支鏈和機(jī)構(gòu)整體的剛度，如多根連桿同時(shí)固定在擺動(dòng)桿上或伸縮桿上，也可以某幾根固定在擺動(dòng)桿上，其余的固定在伸縮桿上。連桿5.3固定在擺動(dòng)桿5.1上時(shí)，與兩根擺動(dòng)桿5.1、靜平臺(tái)1構(gòu)成平行四邊形，固定在伸縮桿5.2上時(shí)，與伸縮桿5.2、動(dòng)平臺(tái)2形成平行四邊形。被動(dòng)支鏈用來(lái)對(duì)動(dòng)平臺(tái)施加約束，使動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)保持不變。
兩個(gè)主動(dòng)支鏈3、4的主動(dòng)臂3.1、4.1的轉(zhuǎn)動(dòng)為機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輸入，可使動(dòng)平臺(tái)2在其工作平面內(nèi)以較高的速度作二自由度移動(dòng)。在動(dòng)平臺(tái)2上可以安裝各種工具，實(shí)現(xiàn)抓放等操作。
通過(guò)以上實(shí)施例可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明的機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、反解簡(jiǎn)單，其正解具有解析解，有利于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定。
權(quán)利要求
1.一種二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)的支鏈，其特征在于所述動(dòng)平臺(tái)通過(guò)四個(gè)支鏈與靜平臺(tái)相連，其中兩個(gè)支鏈為主動(dòng)支鏈，另外兩個(gè)為被動(dòng)支鏈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述主動(dòng)支鏈包括一個(gè)主動(dòng)臂和一個(gè)從動(dòng)臂，主動(dòng)臂一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)相連，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與從動(dòng)臂相連，從動(dòng)臂另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述被動(dòng)支鏈包括一根或若干根連桿、兩根擺動(dòng)桿和兩根伸縮桿，伸縮桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連，擺動(dòng)桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)相連，伸縮桿通過(guò)移動(dòng)副與擺動(dòng)桿相連；一根連桿時(shí)，連桿固定在擺動(dòng)桿或伸縮桿上，若干根連桿時(shí)，連桿固定在擺動(dòng)桿上或伸縮桿上或既有固定在擺動(dòng)桿上又有伸縮桿上；所述連桿固定在擺動(dòng)桿上時(shí)，與兩根擺動(dòng)桿、靜平臺(tái)構(gòu)成平行四邊形，固定在伸縮桿上時(shí)，與伸縮桿、動(dòng)平臺(tái)形成平行四邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述兩個(gè)主動(dòng)支鏈的主動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)為機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輸入。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種二維平動(dòng)兩自由度平面并聯(lián)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)的支鏈，動(dòng)平臺(tái)通過(guò)四個(gè)支鏈與靜平臺(tái)相連，其中兩個(gè)支鏈為主動(dòng)支鏈，另外兩個(gè)為被動(dòng)支鏈；主動(dòng)支鏈包括一個(gè)主動(dòng)臂和一個(gè)從動(dòng)臂，主動(dòng)臂一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)相連，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與從動(dòng)臂相連，從動(dòng)臂另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連。本發(fā)明通過(guò)兩個(gè)被動(dòng)支鏈對(duì)動(dòng)平臺(tái)提供約束，使動(dòng)平臺(tái)能在其工作平面內(nèi)以較高速度作二自由度移動(dòng)，并保持姿態(tài)不變，另外采用主動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)作為機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輸入，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的高速二維移動(dòng)，適用于電子、包裝等輕工行業(yè)的抓放操作。
文檔編號(hào)B25J9/00GK1903521SQ20061003686
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者張憲民, 袁劍鋒 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)