一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人，由機(jī)架、機(jī)身、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、第五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連桿、第九連桿、第十連桿、第十一連桿、第十二連桿和末端執(zhí)行器連接成并聯(lián)的四個(gè)可控四桿機(jī)構(gòu)閉環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)子鏈和一個(gè)串聯(lián)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主鏈，子鏈控制主鏈連桿在子鏈所在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，第一連桿和機(jī)身的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的空間運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明通過(guò)四個(gè)閉環(huán)子鏈和機(jī)身的合成運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)控制，通過(guò)多個(gè)連桿與機(jī)身的連接實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的空間運(yùn)動(dòng)，末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)慣量小，動(dòng)力學(xué)性能好，精度高；電機(jī)安裝在四桿機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)上，通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)上的轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)閉環(huán)鏈運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)末端連桿，使末端執(zhí)行器的活動(dòng)度和活動(dòng)空間更大，減小能動(dòng)力矩。
【專利說(shuō)明】一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別是一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用極大地改變了人類的生產(chǎn)和生活方式。利用機(jī)器人不僅 能夠迅速而準(zhǔn)確地完成枯燥的重復(fù)性工作，而且能夠在危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下安全可靠地完成 許多復(fù)雜操作，可以大大減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善產(chǎn)品質(zhì)量。作為一種 具有閉鏈結(jié)構(gòu)的先進(jìn)機(jī)器人，并聯(lián)機(jī)器人在機(jī)構(gòu)學(xué)上具有運(yùn)動(dòng)慣量低、負(fù)載能力強(qiáng)、剛度大 等優(yōu)點(diǎn)，這恰恰彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人在這些方面的不足，使得并聯(lián)機(jī)器人成為一個(gè)潛在 的高速度、高精度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。近30年來(lái)，研究人員在并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)求解與 分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定、動(dòng)力學(xué)與控制等方面做了大量的研究工作，并聯(lián)機(jī)器人也逐漸成為機(jī)器 人領(lǐng)域的研究與應(yīng)用熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作空間大、操作靈活、正向 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)求解簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但是由于所有關(guān)節(jié)都集中在一條運(yùn)動(dòng)鏈上，串聯(lián)機(jī)器人存在關(guān)節(jié) 誤差累積效應(yīng)，末端執(zhí)行器所能達(dá)到的位置精度往往有限，而較低的末端執(zhí)行器剛度和負(fù) 載驅(qū)動(dòng)能力進(jìn)一步限制了串聯(lián)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的性能。
[0003] 并聯(lián)機(jī)器人的基座和末端執(zhí)行器之間具有環(huán)狀的閉鏈約束。與串聯(lián)機(jī)器人相比， 具有運(yùn)動(dòng)慣量低、負(fù)載能力強(qiáng)、剛度大等優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)裝置可置于定平臺(tái)上或接近定平臺(tái)的位 置，這樣運(yùn)動(dòng)部分重量輕，速度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；但是并聯(lián)機(jī)器人的明顯缺點(diǎn)是工作空間小 和結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而含有對(duì)稱機(jī)構(gòu)式的閉環(huán)子鏈的并聯(lián)機(jī)器人的性能比一般的并聯(lián)機(jī)構(gòu)更加優(yōu) 越，具有工作空間大、剛度高、承載能力強(qiáng)、慣量小和末端執(zhí)行器精度高等優(yōu)點(diǎn)，能應(yīng)用在焊 接、噴涂、搬運(yùn)、裝卸、裝配、碼垛等復(fù)雜作業(yè)中，有效的提高勞動(dòng)效率，在產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性 方面有很大提高。此含并聯(lián)閉環(huán)子鏈的機(jī)器人采用間接驅(qū)動(dòng)方式，還能有效的減小驅(qū)動(dòng)關(guān) 節(jié)所需要的力矩。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人，解決傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)器人關(guān)于 所需力矩大，剛度低和定位精度差的缺點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的：一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人，包括機(jī) 架、機(jī)身、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、第五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連 桿、第九連桿、第十連桿、第i 連桿、第十二連桿和末端執(zhí)行器，
[0006] 機(jī)身的第一個(gè)連接端通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副連接在機(jī)架上，機(jī)身的第二個(gè)連接端通過(guò)第 二轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一連桿一端連接，第一連桿另一端通過(guò)第三轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二連桿第一個(gè)連接端 連接，第二連桿第二個(gè)連接端通過(guò)第四轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三連桿一端連接，第三連桿另一端通過(guò) 第五轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四連桿一端連接，第四連桿另一端通過(guò)第六轉(zhuǎn)動(dòng)副與第五連桿第三個(gè)連接 端連接；第二連桿第三個(gè)連接端通過(guò)第七轉(zhuǎn)動(dòng)副與第五連桿第一個(gè)連接端連接；機(jī)身的第 三個(gè)連接端通過(guò)第八轉(zhuǎn)動(dòng)副與第五連桿第二個(gè)連接端連接，第五連桿第四個(gè)連接端通過(guò)第 九轉(zhuǎn)動(dòng)副與第六連桿第一個(gè)連接端連接，第六連桿第二個(gè)連接端通過(guò)第十轉(zhuǎn)動(dòng)副與第八連 桿連接，第八連桿另一端通過(guò)第十一轉(zhuǎn)動(dòng)副與第七連桿第二個(gè)連接端連接，第六連桿第三 個(gè)連接端通過(guò)第十二轉(zhuǎn)動(dòng)副與第九連桿一端連接，第九連桿另一端通過(guò)第十三轉(zhuǎn)動(dòng)副與第 七連桿第三個(gè)連接端連接，第七連桿第一個(gè)連接端通過(guò)第十四轉(zhuǎn)動(dòng)副與第五連桿第五個(gè)連 接端連接，第七連桿第四個(gè)連接端與第十連桿一端剛性連接，第十連桿另一端通過(guò)第十五 轉(zhuǎn)動(dòng)副與第十一連桿一端連接，第十一連桿另一端通過(guò)第十六轉(zhuǎn)動(dòng)副與第十二連桿一端連 接，第十二連桿另一端通過(guò)第十七轉(zhuǎn)動(dòng)副與末端執(zhí)行器連接；
[0007] 所述的機(jī)身通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；第一連桿通過(guò)第二 轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；第i^一連桿通過(guò)第十五轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，第十五轉(zhuǎn)動(dòng)副 通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；第十二連桿通過(guò)第十六轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，第十六轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；末端執(zhí) 行器通過(guò)第十七轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，第十七轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；
[0008] 所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副垂直于機(jī)架，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副、第五轉(zhuǎn)動(dòng)副、 第六轉(zhuǎn)動(dòng)副、第七轉(zhuǎn)動(dòng)副、第八轉(zhuǎn)動(dòng)副、第九轉(zhuǎn)動(dòng)副、第十轉(zhuǎn)動(dòng)副、第i^一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第十二轉(zhuǎn) 動(dòng)副和第十三轉(zhuǎn)動(dòng)副旋轉(zhuǎn)軸線相互平行。
[0009] 本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于：
[0010] 1、通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)閉環(huán)子鏈，提高了機(jī)器人機(jī)構(gòu)的剛度，并且閉環(huán)子鏈機(jī)構(gòu)式的設(shè) 計(jì)大大提高機(jī)器人的工作空間，能避免機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置，微調(diào)裝置能使機(jī)器人的作用范圍 更大，并且能使機(jī)構(gòu)更好的保持平衡；
[0011] 2、與傳統(tǒng)的電機(jī)是安裝在每個(gè)關(guān)節(jié)處的工業(yè)機(jī)器人相比，機(jī)構(gòu)通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)閉環(huán) 子鏈連接的機(jī)器人的電機(jī)是安裝在四桿機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)上，通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)上的運(yùn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)閉環(huán)鏈 運(yùn)動(dòng)，從而間接驅(qū)動(dòng)末端連桿，使末端執(zhí)行器的活動(dòng)度和活動(dòng)空間更大，能減小能動(dòng)力矩；
[0012] 3、機(jī)構(gòu)上的微調(diào)裝置與傳統(tǒng)的帶有局部閉鏈的操作機(jī)相比，重心集中在微調(diào)裝置 上，機(jī)構(gòu)平衡性好，能使機(jī)器人機(jī)構(gòu)承受更大的力和力矩，桿件做成輕桿，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)慣量小， 動(dòng)力學(xué)性能好，可以應(yīng)用于焊接、噴涂、搬運(yùn)、裝卸、裝配、碼垛等復(fù)雜作業(yè)中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明所述一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明所述一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3為本發(fā)明所述一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人的第五連桿示意圖。
[0016] 圖4為本發(fā)明所述一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人的第六連桿示意圖。
[0017] 圖5為本發(fā)明所述一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人的第七連桿示意圖。
[0018] 圖6為本發(fā)明所述一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人的第十一連桿示意圖。
[0019] 圖7為本發(fā)明所述一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人的第十二連桿示意圖。
[0020] 圖8為本發(fā)明所述一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人的第一工作示意圖。
[0021] 圖9為本發(fā)明所述一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人的第二工作示意圖。
[0022] 圖10為本發(fā)明所述一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人的第三工作示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024] 對(duì)照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7, 一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人，由機(jī)身 2、第一連桿20、第二連桿17、第三連桿3、第四連桿5、第五連桿10、第六連桿7、第七連桿 12、第八連桿9、第九連桿14、第十連桿21、第十一連桿22、第十二連桿23、末端執(zhí)行器24及 機(jī)架1連接而成，其結(jié)構(gòu)和連接方式為：
[0025] 機(jī)身2第一個(gè)連接端通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副25連接在機(jī)架1上，機(jī)身2通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副 25驅(qū)動(dòng)，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副25通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)身2第二個(gè)連接端通過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副26與第一連桿 20 -端連接，第一連桿20通過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副26驅(qū)動(dòng)，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副26通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，第一連桿 20另一端通過(guò)第三轉(zhuǎn)動(dòng)副19與第二連桿17第一個(gè)連接端連接，第二連桿17第二個(gè)連接端 通過(guò)第四轉(zhuǎn)動(dòng)副18與第三連桿3 -端連接，第三連桿3另一端通過(guò)第五轉(zhuǎn)動(dòng)副4與第四連 桿5 -端連接，第四連桿5另一端通過(guò)第六轉(zhuǎn)動(dòng)副6與第五連桿10第三個(gè)連接端連接，第 二連桿17第三個(gè)連接端通過(guò)第七轉(zhuǎn)動(dòng)副15與第五連桿10第一個(gè)連接端連接，機(jī)身2第三 個(gè)連接端通過(guò)第八轉(zhuǎn)動(dòng)副16與第五連桿10第二個(gè)連接端連接，第五連桿10第四個(gè)連接端 通過(guò)第九轉(zhuǎn)動(dòng)副27與第六連桿7第一個(gè)連接端連接，第六連桿7第二個(gè)連接端通過(guò)第十轉(zhuǎn) 動(dòng)副8與第八連桿9連接，第八連桿9另一端通過(guò)第十一轉(zhuǎn)動(dòng)副11與第七連桿12第二個(gè) 連接端連接，第六連桿7第三個(gè)連接端通過(guò)第十二轉(zhuǎn)動(dòng)副29與第九連桿14 一端連接，第九 連桿14另一端通過(guò)第十三轉(zhuǎn)動(dòng)副13與第七連桿12第三個(gè)連接端連接，第七連桿12第一 個(gè)連接端通過(guò)第十四轉(zhuǎn)動(dòng)副28與第五連桿10第五個(gè)連接端連接，第七連桿12第四個(gè)連接 端30通過(guò)剛性連接與第十連桿21 -端連接，第十連桿21另一端通過(guò)第十五轉(zhuǎn)動(dòng)副31與 第i^一連桿22 -端連接，第i^一連桿22通過(guò)第十五轉(zhuǎn)動(dòng)副31驅(qū)動(dòng)，第十五轉(zhuǎn)動(dòng)副31通過(guò) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)，第i 連桿22另一端通過(guò)第十六轉(zhuǎn)動(dòng)副32與第十二連桿23 -端連接，第十二 連桿23通過(guò)第十六轉(zhuǎn)動(dòng)副32驅(qū)動(dòng)，第十六轉(zhuǎn)動(dòng)副32通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，第十二連桿23另一端 通過(guò)第十七轉(zhuǎn)動(dòng)副33與末端執(zhí)行器24連接，末端執(zhí)行器24通過(guò)第十七轉(zhuǎn)動(dòng)副33驅(qū)動(dòng)，第 十七轉(zhuǎn)動(dòng)副33通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0026] 所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副25垂直于機(jī)架1，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副26、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副19、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副18、 第五轉(zhuǎn)動(dòng)副4、第六轉(zhuǎn)動(dòng)副6、第七轉(zhuǎn)動(dòng)副15、第八轉(zhuǎn)動(dòng)副16、第九轉(zhuǎn)動(dòng)副27、第十轉(zhuǎn)動(dòng)副8、 第十一轉(zhuǎn)動(dòng)副11、第十二轉(zhuǎn)動(dòng)副29和第十三轉(zhuǎn)動(dòng)副13的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行。
[0027] 對(duì)照?qǐng)D8、圖9和圖10,機(jī)身和并聯(lián)連桿在所在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器24 的空間運(yùn)動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1. 一種多自由度可控并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，包括機(jī)架、機(jī)身、第一連桿、第二連桿、 第三連桿、第四連桿、第五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連桿、第九連桿、第十連桿、第 i 連桿、第十二連桿和末端執(zhí)行器， 機(jī)身的第一個(gè)連接端通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副連接在機(jī)架上，機(jī)身的第二個(gè)連接端通過(guò)第二 轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一連桿一端連接，第一連桿另一端通過(guò)第三轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二連桿第一個(gè)連接端連 接，第二連桿第二個(gè)連接端通過(guò)第四轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三連桿一端連接，第三連桿另一端通過(guò)第 五轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四連桿一端連接，第四連桿另一端通過(guò)第六轉(zhuǎn)動(dòng)副與第五連桿第三個(gè)連接 端連接；第二連桿第三個(gè)連接端通過(guò)第七轉(zhuǎn)動(dòng)副與第五連桿第一個(gè)連接端連接；機(jī)身的第 三個(gè)連接端通過(guò)第八轉(zhuǎn)動(dòng)副與第五連桿第二個(gè)連接端連接，第五連桿第四個(gè)連接端通過(guò)第 九轉(zhuǎn)動(dòng)副與第六連桿第一個(gè)連接端連接，第六連桿第二個(gè)連接端通過(guò)第十轉(zhuǎn)動(dòng)副與第八連 桿連接，第八連桿另一端通過(guò)第十一轉(zhuǎn)動(dòng)副與第七連桿第二個(gè)連接端連接，第六連桿第三 個(gè)連接端通過(guò)第十二轉(zhuǎn)動(dòng)副與第九連桿一端連接，第九連桿另一端通過(guò)第十三轉(zhuǎn)動(dòng)副與第 七連桿第三個(gè)連接端連接，第七連桿第一個(gè)連接端通過(guò)第十四轉(zhuǎn)動(dòng)副與第五連桿第五個(gè)連 接端連接，第七連桿第四個(gè)連接端與第十連桿一端剛性連接，第十連桿另一端通過(guò)第十五 轉(zhuǎn)動(dòng)副與第十一連桿一端連接，第十一連桿另一端通過(guò)第十六轉(zhuǎn)動(dòng)副與第十二連桿一端連 接，第十二連桿另一端通過(guò)第十七轉(zhuǎn)動(dòng)副與末端執(zhí)行器連接； 所述的機(jī)身通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；第一連桿通過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng) 副驅(qū)動(dòng)，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；第十一連桿通過(guò)第十五轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，第十五轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)；第十二連桿通過(guò)第十六轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，第十六轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；末端執(zhí)行器 通過(guò)第十七轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，第十七轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)； 所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副垂直于機(jī)架，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副、第五轉(zhuǎn)動(dòng)副、第六 轉(zhuǎn)動(dòng)副、第七轉(zhuǎn)動(dòng)副、第八轉(zhuǎn)動(dòng)副、第九轉(zhuǎn)動(dòng)副、第十轉(zhuǎn)動(dòng)副、第i^一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第十二轉(zhuǎn)動(dòng)副 和第十三轉(zhuǎn)動(dòng)副旋轉(zhuǎn)軸線相互平行。
【文檔編號(hào)】B25J9/00GK104044134SQ201410300853
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】蔡敢為, 王麾, 張 林, 石慧, 關(guān)卓懷, 范雨, 王少龍, 黃院星, 王小純, 王湘, 楊旭娟 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)