一種完全解耦兩移動三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)的制作方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機器人領(lǐng)域，特別涉及一種完全解耦兩移動三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)機器人中，串聯(lián)和并聯(lián)兩類機構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。串聯(lián)機構(gòu)是一種單開鏈結(jié)構(gòu)，具有工作空間大、靈活性高等優(yōu)點，缺點是精度低、慣性大。并聯(lián)機構(gòu)是由多條支鏈的組成的一種閉環(huán)結(jié)構(gòu)，故其具有剛性好、精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。少自由度并聯(lián)機構(gòu)在機床、微動操作臺、力矩傳感器、飛行模擬器等行業(yè)中越來越得到重視。
[0003]目前三、六自由度并聯(lián)機構(gòu)和五自由度混聯(lián)機構(gòu)應(yīng)用較為廣泛，而最具應(yīng)用潛力的兩移動三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)較少。中國發(fā)明專利文獻(xiàn)CN10141899A發(fā)明了一種兩維移動和三維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，具有高精度，低成本易于制造的優(yōu)點，但該機構(gòu)運動耦合，控制復(fù)雜。中國發(fā)明專利文獻(xiàn)CN1462672A發(fā)明了一種五自由度解耦并聯(lián)機構(gòu)，但該機構(gòu)只能實現(xiàn)三移動兩轉(zhuǎn)動的無條件解耦運動，經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)還沒有對于實現(xiàn)兩移動三轉(zhuǎn)動的解耦的研究，因此需要一種新的技術(shù)方法解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的空缺及不足，提供一種完全解耦兩移動三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，該機構(gòu)具有控制簡單、運動學(xué)正反解易求、可實現(xiàn)機構(gòu)末端兩維移動三維轉(zhuǎn)動五自由度運動輸入與輸出--對應(yīng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的并聯(lián)機器人機構(gòu)由定平臺、動平臺以及連接定平臺與動平臺之間的五條支鏈組成，其特征在于:所述定平臺I和動平臺25都是長方形，支鏈一是由一個移動副和五個轉(zhuǎn)動副及連桿組成，支鏈二依次由一個轉(zhuǎn)動副一個移動副和三軸線平行的轉(zhuǎn)動副和連桿連接組成。支鏈二是由兩個轉(zhuǎn)動副一個移動副和一個萬向鉸及連桿構(gòu)成，支鏈二中與動平臺連接的萬向鉸位于動平臺中心位置。支鏈三、四、五是由六個轉(zhuǎn)動副以及連接它們之間的連桿構(gòu)成，其中支鏈三和支鏈四運動副構(gòu)造相同。支鏈一、三、四、五，分別布置于定平臺的四個邊。
[0006]本發(fā)明所具有的的有益效果:提供了一種完全解耦具有兩移動和三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，這種機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)較簡單且運動副均為簡單運動副，成本低且易于裝配；五個支鏈中各含有一個主動副且位于定平臺上降低了運動慣性，具有良好穩(wěn)定性；該機構(gòu)末端運動雅克比矩陣為5X5對角矩陣，實現(xiàn)了兩移動三轉(zhuǎn)動五自由度運動輸入輸出間一對一的控制關(guān)系，控制簡單.在機構(gòu)轉(zhuǎn)動的同時不產(chǎn)生伴隨移動。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖。
【具體實施方式】
[0008]本發(fā)明提供一種完全解耦具有兩移動和三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)。如圖1所示，機構(gòu)由定平臺1、動平臺25以及連接它們之間的五個支鏈組成。
[0009]支鏈一是由移動副P11和五個轉(zhuǎn)動副R n、R12、R13、R14、R15以及連桿2、3、4、5組成，連桿2的一端通過移動副P11與定平臺I連接，連桿2的另一端通過轉(zhuǎn)動副Rll與連桿3連接，連桿3另一端通過轉(zhuǎn)動副R12與連桿4連接，連桿4另一端通過轉(zhuǎn)動副R13與連桿5連接，連桿5另一端通過轉(zhuǎn)動副R14與連桿6連接，連桿6通過轉(zhuǎn)動副R15與動平臺。其中移動副P11移動方向與轉(zhuǎn)動副R m R12、Rii5軸線平行，轉(zhuǎn)動副R I；?、Rm、1^軸線相互垂直。
[0010]支鏈二是由兩個轉(zhuǎn)動副R21、R22，一個移動副P21，一個萬向鉸Uxy以及連桿7、8、9組成，連桿7的一端通過轉(zhuǎn)動副R21與定平臺連接，連桿7的另一端通過轉(zhuǎn)動副R μ與連桿8連接，連桿8另一端通過移動副P21與連桿9連接，連桿9另一端通過萬向鉸Uxy與動平臺連接。其中轉(zhuǎn)動副R21、R22垂直于定平臺，移動副P21平行于定平臺，萬向鉸Uxy兩軸線平行與動平臺。
[0011]支鏈三是由六個轉(zhuǎn)動副R31、R32、R33、R34、R35、R36以及連桿10、11、12、13、14組成，連桿10的一端通過轉(zhuǎn)動副R31與定平臺I連接，連桿10的另一端通過轉(zhuǎn)動副R32與連桿11連接，連桿11另一端通過轉(zhuǎn)動副R33與連桿12連接，連桿12另一端通過轉(zhuǎn)動副R34與連桿13連接，連桿13另一端通過轉(zhuǎn)動副R35與連桿14連接，連桿14通過轉(zhuǎn)動副R 36與動平臺連接。其中轉(zhuǎn)動副R31軸線平行于轉(zhuǎn)動副R31，轉(zhuǎn)動副R34、R35、R36軸線相互平行，連桿10、11兩端轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直。支鏈四與支鏈三相同，支鏈三、四成90°布置在定平臺。
[0012]支鏈五是由六個轉(zhuǎn)動副R51、R52、R53、R54、R55、R56以及連桿20、21、22、23、24組成，連桿20的一端通過轉(zhuǎn)動副R51與定平臺I連接，連桿20的另一端通過轉(zhuǎn)動副R52與連桿21連接，連桿21另一端通過轉(zhuǎn)動副R53與連桿22連接，連桿22另一端通過轉(zhuǎn)動副R54與連桿23連接，連桿23另一端通過轉(zhuǎn)動副R55與連桿24連接，連桿24通過轉(zhuǎn)動副R56與動平臺連接。其中轉(zhuǎn)動副R51軸線垂直于定平臺，連桿20兩端轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直，轉(zhuǎn)動副R52、R53軸線平行，連桿22兩端轉(zhuǎn)動副垂直，轉(zhuǎn)動副R54、R55, R56軸線相互平行。
[0013]支鏈一中與定平臺靜平臺連接的移動副P11為主動副，控制機構(gòu)沿X方向的移動，其驅(qū)動機構(gòu)可通過直線伺服電機或電機帶動絲桿機構(gòu)；支鏈二中主動副為轉(zhuǎn)動副R21控制機構(gòu)沿Y方向的移動，可通過伺服電機驅(qū)動；支鏈三中主動副為轉(zhuǎn)動副R31，控制機構(gòu)繞平行于Y軸線的轉(zhuǎn)動，可通過伺服電機驅(qū)動；支鏈四中主動副為轉(zhuǎn)動副R41，控制機構(gòu)繞平行于X的轉(zhuǎn)動，可通過伺服電機驅(qū)動。支鏈五中主動副為轉(zhuǎn)動副R51，控制機構(gòu)繞平行于Z的轉(zhuǎn)動，可通過伺服電機驅(qū)動。最終實現(xiàn)該機構(gòu)兩移動三轉(zhuǎn)動五自由度運動輸出完全解耦。
【主權(quán)項】
1.一種完全解耦兩移動三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其包括定平臺1、動平臺25以及連接它們之間的五個支鏈，其特征在于:支鏈一是由移動副P11和五個轉(zhuǎn)動副R H、R12、R13、R14、R15以及連桿2、3、4、5組成，其中移動副P1 i移動方向與轉(zhuǎn)動副R i1、R12、R13軸線平行，轉(zhuǎn)動副R13、R14、R15軸線相互垂直；支鏈二是由兩個轉(zhuǎn)動副R21、R22，一個移動副P21，一個萬向鉸Uxy以及連桿7、8、9組成，其中轉(zhuǎn)動副垂直于定平臺，移動副P 21平行于定平臺，萬向鉸U ；?兩軸線平行與動平臺。支鏈三是由六個轉(zhuǎn)動副R31、R32、R33、R34、R35、R36以及連桿10、11、12、13、14組成，其中轉(zhuǎn)動副R31軸線平行于移動副P n，轉(zhuǎn)動副R34、R35、R36軸線相互平行，連桿10、11兩端轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直。支鏈四與支鏈三相同，支鏈三、四成90°布置在定平臺。支鏈五是由六個轉(zhuǎn)動副R51、R52、R53、R54、R55、R56以及連桿20、21、22、23、24組成，其中轉(zhuǎn)動副R51軸線垂直于定平臺，連桿20兩端轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直，轉(zhuǎn)動副R52、R53軸線平行，連桿22兩端轉(zhuǎn)動副垂直，轉(zhuǎn)動副R54、R55、R56軸線相互平行。2.按照權(quán)利要求1所述的一種完全解耦兩移動三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:支鏈三、四、五中與定平臺連接的轉(zhuǎn)動副R31、R41、R51軸線相互垂直，連桿5、12、17、22兩端轉(zhuǎn)動副可以用萬向鉸代替。3.按照權(quán)利要求1所述的一種完全解耦兩移動三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:與定平臺連接的移動副P11,轉(zhuǎn)動副R21、R31、R41、R51，為并聯(lián)機構(gòu)的五個主動驅(qū)動運動副。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有完全解耦兩移動三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，包括定平臺、動平臺以及連接定平臺與動平臺之間的五條支鏈，所述支鏈一是由一個移動副和五個轉(zhuǎn)動副及連桿組成，支鏈二依次由一個轉(zhuǎn)動副一個移動副和三軸線平行的轉(zhuǎn)動副和連桿連接組成。支鏈三是由兩個轉(zhuǎn)動副一個移動副和一個萬向鉸及連桿構(gòu)成，支鏈三、四、五是由六個轉(zhuǎn)動副以及連接它們之間的連桿構(gòu)成。五個支鏈中與定平臺連接的運動副為主動驅(qū)動，實現(xiàn)了兩維移動和三維轉(zhuǎn)動五自由度運動輸出完全解耦，本發(fā)明具有控制簡單、運動學(xué)正反解易求、運動輸出完全解耦的優(yōu)點。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號】CN105082111
【申請?zhí)枴緾N201510557501
【發(fā)明人】曹毅, 展杰, 秦友蕾, 周輝
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月6日