具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(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，特別涉及一種具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機器人機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機構(gòu)由于是一種多支鏈閉環(huán)結(jié)構(gòu)，因此具有速度高、精度高、剛度大和承載能力強等優(yōu)點。目前，已有多種新型并聯(lián)機構(gòu)得到了應(yīng)用，如六自由度Stewart機構(gòu)、三自由度Delta機構(gòu)和Y-Star機構(gòu)等。并聯(lián)機構(gòu)其弱點也較為明顯，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運動學(xué)耦合性強等。尤其強耦合性導(dǎo)致并聯(lián)機構(gòu)的工作空間小，軌跡規(guī)劃、控制設(shè)計和標(biāo)定困難等。完全各向同性的并聯(lián)機構(gòu)的運動完全解耦，在工作空間中無運動學(xué)奇異，在運動和力的傳遞上具有更好的性能，控制更為簡單。因此近年來具有完全各向同性或運動解耦的并聯(lián)機構(gòu)成為研究熱點，同時隨著并聯(lián)機器人研究的不斷深入，并聯(lián)機構(gòu)的應(yīng)用日趨廣泛。
[0003]目前，已有學(xué)者發(fā)明出具有完全各向同性的并聯(lián)機構(gòu)，并申請了國家發(fā)明專利。例如中國專利公開號:CN101058185A、CN101927491A、CN103968207A、CN102303313A，不難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今的研究主要集中在三自由度完全各向同性并聯(lián)機構(gòu)，然而五自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)是少自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)中很具應(yīng)用潛力的一種，目前也有一些三移動三轉(zhuǎn)動五自由度并聯(lián)機構(gòu)的發(fā)明專利，例如中國專利申請?zhí)?200310115539.3,200510101134.3、200910108016.3等，但上述發(fā)明的五自由度并聯(lián)機構(gòu)但是對于以上的現(xiàn)有機構(gòu)來說，都具有運動學(xué)耦合性強、存在奇異位形等問題。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，提供一種具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機器人機構(gòu)，該機構(gòu)具有軌跡規(guī)劃簡單、實時控制容易，不存在驅(qū)動奇異，運動完全解耦等優(yōu)點，可用于五自由度虛軸并聯(lián)機床。
[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四條支鏈組成，其特征在于:所述定平臺I為長方形，動平臺19為正方形，支鏈一是由移動副Pu、一個平行四邊形鉸鏈Pa、三個轉(zhuǎn)動副Rn、R12, R13以及連桿2、3、4、5組成，其中移動副P11移動方向與平行四邊形鉸鏈Pa以及轉(zhuǎn)動副Rn、R1；!軸線平行，轉(zhuǎn)動副R12、R13軸線相互垂直且平行于動平面；支鏈二是由兩個移動副P21、P22和三個轉(zhuǎn)動副R21、R22、R23以及連桿6、7、8、9組成，其中移動副P21移動方向與轉(zhuǎn)動副R21、R22軸線平行，移動副P22移動方向與轉(zhuǎn)動副R23平行與轉(zhuǎn)動副R22軸線垂直。支鏈三是由一個垂直于定平臺移動副P31和五個轉(zhuǎn)動副R31、R32、R33、R34、R35以及5個連桿構(gòu)成，其中R 31、R32、R33均垂直于定平臺1，連桿17、18兩端連接的轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直。支鏈四與支鏈二結(jié)構(gòu)完全相同。定平臺連接的移動副Pn、P21、P31，與動平臺連接的轉(zhuǎn)動副R13、R43為并聯(lián)機構(gòu)的五個驅(qū)動運動副，其中支鏈一為雙驅(qū)動支鏈，支鏈二、三、四為單驅(qū)動支鏈。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點:
[0007]1、本發(fā)明的完全各向同性并聯(lián)機器人機構(gòu)與傳統(tǒng)的并聯(lián)機器人機構(gòu)相比，在工作空間內(nèi)不存在奇異位形，其速度雅克比矩陣恒為單位矩陣，具有軌跡規(guī)劃簡單、實時控制容易，良好的運動學(xué)和力傳遞性能。
[0008]2、本發(fā)明的完全各向同性并聯(lián)機器人機構(gòu)，只含有四條支鏈，大量的減少了構(gòu)件的數(shù)量，同時支鏈二、四結(jié)構(gòu)完全對稱，造價低，驅(qū)動均位于平臺上，有效增強機構(gòu)的剛性。
[0009]3、本發(fā)明的空間五自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)的運動平臺具有明確的運動形式:空間三維移動，兩個轉(zhuǎn)動。該機構(gòu)在三維移動，兩個轉(zhuǎn)動需要控制簡單的作業(yè)的并聯(lián)機床、機器人領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明提供一種具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機器人機構(gòu)。如圖1所示，機構(gòu)由定平臺1、動平臺19以及連接它們之間的四個支鏈組成。
[0012]支鏈一是由支鏈一是由移動副P11、一個平行四邊形鉸鏈Pa、三個轉(zhuǎn)動副R11、R12、R13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的另一端通過平行四邊形鉸鏈Pa與連桿3連接，連桿3另一端通過轉(zhuǎn)動副R11與連桿4連接，連桿4另一端通過轉(zhuǎn)動副R12與連桿5連接，連桿5的另一端通過轉(zhuǎn)動副R 13動平臺19連接。其中移動副P11移動方向與平行四邊形鉸鏈Pa以及轉(zhuǎn)動副R n、R1；!軸線平行，轉(zhuǎn)動副R1；!、Ri；3軸線相互垂直且平行于動平面。
[0013]支鏈二是由兩個移動副？21、？22和三個轉(zhuǎn)動副1?21、1?22、1?23以及連桿6、7、8、9組成，連桿6的一端通過移動副P21與定平臺連接，連桿6的另一端通過轉(zhuǎn)動副R21與連桿7連接，連桿7另一端通過轉(zhuǎn)動副R22與連桿8連接，連桿8另一端通過移動副P 22與連桿9連接，連桿9另一端通過轉(zhuǎn)動副R23與動平臺連接。其中移動副P 21移動方向與轉(zhuǎn)動副R 21、R22軸線平行，移動副P22移動方向與轉(zhuǎn)動副R μ平行與轉(zhuǎn)動副R 22軸線垂直。
[0014]支鏈三是由一個垂直于定平臺移動副P31和五個轉(zhuǎn)動副R31、R32、R33、R34、R35以及5個連桿構(gòu)成，連桿14的一端通過移動副P31與定平臺連接，連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副R31與連桿15連接，連桿15的另一端通過轉(zhuǎn)動副R32與連桿16連接，連桿16另一端通過轉(zhuǎn)動副R33與連桿17連接，連桿17另一端通過轉(zhuǎn)動副P34與連桿18連接，連桿18另一端通過轉(zhuǎn)動副R35與19與動平臺連接。其中R31、R32、R33均垂直于定平臺1，連桿17、18兩端連接的轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直。
[0015]四個支鏈分別通過轉(zhuǎn)動副R13、R23、R35、R43與動平臺四個相鄰邊的中點連接，支鏈二、四對稱布置在動平臺上，支鏈一、二、三中與定平臺連接的移動副P11、P21、P31移動方向相互垂直。
[0016]支鏈一、二、三中與定平臺連接的移動副Pn、P21, P31為驅(qū)動副，控制機構(gòu)沿X、Y、Z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)，支鏈一、四中與動平臺連接的轉(zhuǎn)動副R13、R43為驅(qū)動副控制機構(gòu)繞X、Y軸線的轉(zhuǎn)動其驅(qū)動機構(gòu)可通過直線伺服電機；最終實現(xiàn)該機構(gòu)動平臺三移動兩轉(zhuǎn)動五自由度運動輸入與輸出完全一一對應(yīng)。
【主權(quán)項】
1.一種具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機器人機構(gòu)，其包括定平臺1、動平臺19以及連接它們之間的四個支鏈，其特征在于:支鏈一是由移動副Pu、一個平行四邊形鉸鏈Pa、三個轉(zhuǎn)動副Rn、R12、R13以及連桿2、3、4、5組成，其中移動副P η移動方向與平行四邊形鉸鏈Pa以及轉(zhuǎn)動副Rn、R12軸線平行，轉(zhuǎn)動副R12、R13軸線相互垂直且平行于動平面；支鏈二是由兩個移動副P21、P22和三個轉(zhuǎn)動副R21、R22、R23以及連桿6、7、8、9組成，其中移動副P21移動方向與轉(zhuǎn)動副R21、R22軸線平行，移動副P 22移動方向與轉(zhuǎn)動副R 23平行與轉(zhuǎn)動副R 22軸線垂直。支鏈三是由一個垂直于定平臺移動副P31和五個轉(zhuǎn)動副R31、R32、R33、R34、R35以及5個連桿構(gòu)成，其中R31、R32、R33均垂直于定平臺1，連桿17、18兩端連接的轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直。支鏈四與支鏈二結(jié)構(gòu)完全相同。2.按照權(quán)利要求1所述的具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:四個支鏈分別通過轉(zhuǎn)動副r13、r23、R35、R43與動平臺四個相鄰邊的中點連接，支鏈二、四對稱布置在動平臺上，支鏈一、二、三中與定平臺連接的移動副Pu、P21、P31移動方向相互垂直。3.按照權(quán)利要求1所述的具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:定平臺連接的移動副Pn、P21、P31，與動平臺連接的轉(zhuǎn)動副R13、R43為井聯(lián)機構(gòu)的五個驅(qū)動運動副，其中支鏈一為雙驅(qū)動支鏈，支鏈二、三、四為單驅(qū)動支鏈。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機器人機構(gòu)，包括定平臺(1)、動平臺(19)以及連接兩平臺之間的四條支鏈，所述四個支鏈位于動平臺四個邊上，支鏈一是由一個移動副、一個平行四邊形鉸鏈、三個轉(zhuǎn)動副及四個連桿組成，支鏈二、四結(jié)構(gòu)完全相同是由兩個移動副和三個轉(zhuǎn)動副以及4個連桿連接組成。支鏈三是由一個垂直于定平臺移動副和五個轉(zhuǎn)動副以及5個連桿構(gòu)成。所述五個驅(qū)動副分別為移動副(P11)、(P21)、(P31)轉(zhuǎn)動副(R43)、(R13)，實現(xiàn)了三維移動和兩維轉(zhuǎn)動五自由度運動輸入與輸出速度間成一一對應(yīng)線性關(guān)系，本發(fā)明具有控制簡單，不存在驅(qū)動奇異，運動完全解耦等優(yōu)點，可用于五自由度虛軸并聯(lián)機床。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號】CN105082112
【申請?zhí)枴緾N201510557503
【發(fā)明人】曹毅, 秦友蕾, 丁銳, 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