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一種平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置制造方法

文檔序號:2376107閱讀:318來源:國知局
一種平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置,該裝置由基座、驅(qū)動副、主動桿、柔順關(guān)節(jié)、從動桿、剛性轉(zhuǎn)動副、減速器、伺服電機組成,該實驗裝置對于深入開展平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人的運動學和動力學性能研究非常有幫助。其利用柔順關(guān)節(jié)取代傳統(tǒng)運動副實現(xiàn)并聯(lián)機器人的運動,減少了傳統(tǒng)運動副的缺點對機器人系統(tǒng)性能的影響并夯實了機器人控制策略的理論基礎;通過對此類具有柔順關(guān)節(jié)的并聯(lián)機器人的研究和探索,可以形成一個新的研究方向,有利于此類機器人系統(tǒng)性能的提高;本發(fā)明的實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、成本低,有利于實際應用。
【專利說明】—種平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明公開了一種具有柔順關(guān)節(jié)的冗余驅(qū)動并聯(lián)機器人實驗裝置,涉及并聯(lián)機器人實驗領域,尤其涉及了一種平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機器人是一種具有閉鏈結(jié)構(gòu)的機器人,在機構(gòu)學上具有運動慣量低、負載承載能力強、剛度大等優(yōu)點,彌補了傳統(tǒng)工業(yè)機器人的不足,在工業(yè)領域得到了廣泛的應用。柔順機構(gòu)是一種利用構(gòu)件自身變形來實現(xiàn)運動、力和能量的傳遞和轉(zhuǎn)換的新型機構(gòu)。柔順關(guān)節(jié)是應用柔順機構(gòu)理論而產(chǎn)生的一種新型運動副,這種運動副通過關(guān)節(jié)自身的彈性變形來傳遞相鄰構(gòu)件間的運動。柔順關(guān)節(jié)機器人是一種使用柔順關(guān)節(jié)取代傳統(tǒng)運動副而形成的新型機器人,由于不含有傳統(tǒng)運動副,可以從根本上解決傳統(tǒng)運動副所帶來的間隙、摩擦、磨損、沖擊和潤滑等問題,提高了機器人系統(tǒng)的整體性能。應用并聯(lián)機器人技術(shù)、微納米技術(shù)和柔順關(guān)節(jié)技術(shù)的相關(guān)研究成果,通過將柔順機構(gòu)與并聯(lián)機器人相結(jié)合而形成的并聯(lián)微操作機器人是一個新興的研究領域,其研究成果已經(jīng)在細胞與基因操作、精密外科手術(shù)、微電子裝配、微細加工、光纖對接等領域得到了應用,引起了國內(nèi)外科學家和工程師的廣泛關(guān)注。
[0003]平面五桿并聯(lián)機器人是一種兩自由度并聯(lián)機器人,機械結(jié)構(gòu)由五根連桿組成,其中一根桿作為機架,與機架相連的兩桿作為主動桿,其余兩桿為從動桿。此類機器人因為結(jié)構(gòu)簡單、易于控制,已經(jīng)在工業(yè)領域得到了廣泛應用。為了克服平面五桿并聯(lián)機器人在工作空間、力矩傳遞以及剛度等方面的局限性,可以在機器人系統(tǒng)中增加一個串聯(lián)分支同時增加一組驅(qū)動器,構(gòu)成平面兩自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機器人。此類機器人可以減小工作空間內(nèi)的奇異性,改善力矩傳遞性能,同時提高承載能力和剛度,能夠有效完成平面上點的定位以及軌跡跟蹤。傳統(tǒng)設計中,兩自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機器人通過剛性運動副來傳遞力和運動,如果將柔順關(guān)節(jié)應用于此類并聯(lián)機器人中,取代剛性運動副進行傳動,那么將進一步提高機器人的性能。基于以上分析,本發(fā)明提出一種平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置,該裝置對于開展平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人的運動學和動力學性能研究非常有益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置,該裝置由基座、驅(qū)動副、主動桿、柔順關(guān)節(jié)、從動桿、剛性轉(zhuǎn)動副、減速器、伺服電機組成,該實驗裝置對于深入開展平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人的運動學和動力學性能研究非常有幫助。
[0005]為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置,其中,實驗裝置的機械結(jié)構(gòu)由基座、剛性轉(zhuǎn)動副和與二者相連的三條結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈以及三組結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動部分組成;運動支鏈包含主動桿、柔順關(guān)節(jié)和從動桿;驅(qū)動部分包含驅(qū)動副、減速器和伺服電機;運動支鏈中,主動桿一端與驅(qū)動副連接,另一端通過柔順關(guān)節(jié)與從動桿連接,三個運動支鏈的從動桿通過剛性轉(zhuǎn)動副連接;其中主動桿與驅(qū)動副,柔順關(guān)節(jié)與主動桿和從動桿,從動桿與剛性轉(zhuǎn)動副之間為螺栓連接;驅(qū)動部分中,伺服電機一端通過螺栓連接固定在基座上,另一端與減速器連接,減速器的另一端與驅(qū)動副連接。實驗裝置工作時,各組驅(qū)動部分中的伺服電機將控制力矩經(jīng)過減速器傳遞給驅(qū)動副,驅(qū)動副帶動主動桿,主動桿通過柔順關(guān)節(jié)帶動從動桿,從動桿末端的剛性轉(zhuǎn)動副可以完成給定的工作任務。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0007]1、利用柔順關(guān)節(jié)取代傳統(tǒng)運動副實現(xiàn)并聯(lián)機器人的運動,減少了傳統(tǒng)運動副的缺點對機器人系統(tǒng)性能的影響并夯實了機器人控制策略的理論基礎。
[0008]2、通過對此類具有柔順關(guān)節(jié)的并聯(lián)機器人的研究和探索,可以形成一個新的研究方向,有利于此類機器人系統(tǒng)性能的提高。
[0009]3、本發(fā)明的實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、成本低,有利于實際應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人機械結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0011]圖2為平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人機械結(jié)構(gòu)主視圖。
[0012]圖中:1、基座2、驅(qū)動副3、主動桿4、柔順關(guān)節(jié)5、從動桿6、剛性轉(zhuǎn)動副7、減速器8、伺服電機。
【具體實施方式】
[0013]以下將結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0014]如圖1所示為平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人機械結(jié)構(gòu)俯視圖,圖2為平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人機械結(jié)構(gòu)主視圖,該裝置由基座1、驅(qū)動副
2、主動桿3、柔順關(guān)節(jié)4、從動桿5、剛性轉(zhuǎn)動副6、減速器7、伺服電機8組成;其中基座I和剛性轉(zhuǎn)動副6與三條結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈以及三組結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動部分相連接;運動支鏈由主動桿3、柔順關(guān)節(jié)4和從動桿5組成;驅(qū)動部分由驅(qū)動副2、減速器7和伺服電機8組成;運動支鏈中,主動桿3 —端與驅(qū)動副2連接,另一端通過柔順關(guān)節(jié)4與從動桿5連接,三個運動支鏈的從動桿5通過剛性轉(zhuǎn)動副6連接;其中主動桿3與驅(qū)動副2,柔順關(guān)節(jié)4與主動桿3和從動桿5,從動桿5與剛性轉(zhuǎn)動副6之間為螺栓連接;驅(qū)動部分中,伺服電機8 一端通過螺栓連接固定在基座I上,另一端與減速器7連接,減速器7的另一端與驅(qū)動副2連接;伺服電機8、減速器7和驅(qū)動副2,為實驗裝置提供力和運動;基座I為等邊三角形,三組驅(qū)動部分均勻的分布在基座I的周向;實驗裝置工作時,各組驅(qū)動部分中的伺服電機將控制力矩經(jīng)過減速器傳遞給驅(qū)動副,驅(qū)動副帶動主動桿,主動桿通過柔順關(guān)節(jié)帶動從動桿,從動桿末端的剛性轉(zhuǎn)動副可以完成給定的工作任務。
[0015]三條運動支鏈中的主動桿和從動桿的材料為招,尺寸結(jié)構(gòu)為:400mmX 23mmX 10mm ;柔順關(guān)節(jié)的材料為彈簧鋼,半徑R=20mm,厚度h=0.5mm,材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)并不唯一,可以更換不同材料、不同半徑和不同厚度的柔順關(guān)節(jié)進行實驗。
[0016]本發(fā)明公開的平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置,使用柔順關(guān)節(jié)取代傳統(tǒng)運動副實現(xiàn)機器人的運動,改善了傳統(tǒng)運動副對系統(tǒng)性能的影響。對于此類具有柔順關(guān)節(jié)的并聯(lián)機器人的探索和研究,可以形成一個新的研究領域,對于機器人系統(tǒng)性能的提高有積極的效果,同時本發(fā)明的實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、成本低、易于實際應用。
【權(quán)利要求】
1.一種平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置,其特征是:該裝置由基座(I)、驅(qū)動副(2)、主動桿(3)、柔順關(guān)節(jié)(4)、從動桿(5)、剛性轉(zhuǎn)動副(6)、減速器(7)、伺服電機(8 )組成;其中基座(I)和剛性轉(zhuǎn)動副(6 )與三條結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈以及三組結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動部分相連接;運動支鏈由主動桿(3)、柔順關(guān)節(jié)(4)和從動桿(5)組成;驅(qū)動部分由驅(qū)動副(2)、減速器(7)和伺服電機(8)組成;運動支鏈中,主動桿(3)—端與驅(qū)動副(2)連接,另一端通過柔順關(guān)節(jié)(4)與從動桿(5)連接,三個運動支鏈的從動桿(5)通過剛性轉(zhuǎn)動副(6 )連接;其中主動桿(3 )與驅(qū)動副(2 ),柔順關(guān)節(jié)(4 )與主動桿(3 )和從動桿(5 ),從動桿(5)與剛性轉(zhuǎn)動副(6)之間為螺栓連接;驅(qū)動部分中,伺服電機(8) —端通過螺栓連接固定在基座(I)上,另一端與減速器(7)連接,減速器(7)的另一端與驅(qū)動副(2)連接;伺服電機(8)、減速器(7)和驅(qū)動副(2),為實驗裝置提供力和運動;基座(I)為等邊三角形,三組驅(qū)動部分均勻的分布在基座(I)的周向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置,其特征是:實驗裝置工作時,各組驅(qū)動部分中的伺服電機將控制力矩經(jīng)過減速器傳遞給驅(qū)動副,驅(qū)動副帶動主動桿,主動桿通過柔順關(guān)節(jié)帶動從動桿,從動桿末端的剛性轉(zhuǎn)動副可以完成給定的工作任務。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面兩自由度冗余驅(qū)動柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人實驗裝置,其特征是:柔順關(guān)節(jié)的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)并不唯一,可以更換不同材料和不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的柔順關(guān)節(jié)進行實驗;主動桿和從動桿的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)均相同。
【文檔編號】B25J9/08GK103507065SQ201310453104
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月28日
【發(fā)明者】 田 浩, 余躍慶 申請人:北京工業(yè)大學
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