一種兩移兩轉四自由度解耦并聯(lián)機構的制作方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發(fā)明屬于機器人領域，特別涉及一種空間解耦并聯(lián)機構。
【背景技術】
[0002]并聯(lián)機構一般由動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，使機構具有兩個或兩個以上的自由度，且以并聯(lián)方式驅動的一種閉環(huán)機構。與串聯(lián)機構相比，并聯(lián)機構具有承載力大、剛度高、運動速度快、累積誤差小、動力學性能好等優(yōu)點。
[0003]三自由度并聯(lián)機器人機構得到了較多的研宄，國際上已有多種三自由度并聯(lián)機器人機構得到了實際應用，如Delta機構。隨著并聯(lián)機器人在工業(yè)領域的不斷普及，并聯(lián)機構存在的強耦合性特點卻在制約著并聯(lián)機器人的發(fā)展。并聯(lián)機構強耦合性的存在使得機構存在著諸多問題，比如導致運動學有多組解和工作空間減小，且使得機構軌跡規(guī)劃和精度控制困難。因此如何實現(xiàn)并聯(lián)機構的解耦，已成為一個機構學研宄領域的挑戰(zhàn)性課題。
[0004]我國不少機構學者已設計出諸多四、五自由度新型并聯(lián)機器人機構，并申請了相關專利，如中國專利:CN201380496, CN104029196A，CN104015186A，CN104102170A，CN103707281A，CN102601793A。目前對于四、五自由度并聯(lián)機器人機構解耦性研宄則相對較少。中國專利CN 102896628A，CN 103624778 A分別提出一種四自由度解耦并聯(lián)機器人機構上述發(fā)明機構雖然機構動平臺能實現(xiàn)四自由度運動，但是基本都是實現(xiàn)三移一轉的功能，能實現(xiàn)兩移兩轉解耦的并聯(lián)機構十分稀少，大部分并聯(lián)機構的解耦性并沒有很好解決。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種結構穩(wěn)定、易于控制、運動解耦的兩移兩轉四自由度并聯(lián)機構。本發(fā)明包括定平臺、動平臺、以及連接定平臺和動平臺的四個分支。分支一是由兩個中心線相互垂直的移動副和兩個軸線相互垂直轉動副及連接它們的三個連桿組成；分支二由三個軸線平行于定平臺轉動副和兩個軸線平行于定平臺且垂直前三個轉動副的軸線，以及連接它們的四個連桿組成；分支三由一個移動副和一個平行四邊形鉸鏈和三個轉動副，以及連接它們的四個連桿組成；分支四是由一個圓柱和三個轉動副以及連接它們之間的三個連桿。
[0006]分支一中第一連桿的一端通過中心線垂直于定平臺的移動副與定平臺連接，第一連桿另一端通過移動副與第二個連桿連接，第二個連桿另一端通過轉動副與第三個連桿連接，第三個連桿的另一端通過轉動副軸線與動平臺連接，其中兩個移動副中心線相互垂直，兩個轉動副軸線相互垂直；分支二中第一個連桿通過軸線平行于定平臺的轉動副與定平臺連接，連桿的另一端通過轉動副與第二個連桿連接，第二個連桿的另一端通過轉動副與第三個連桿連接，第三個連桿的另一端通過轉動副與第四個連桿連接，第四個連桿另一端通過轉動副與動平臺連接，其中與第一、二連桿連接的轉動副軸線相互平行，第四個連桿兩端的轉動副軸線相互平行且垂直于第一、二連桿連接的轉動副軸線；分支三中第一連桿的一端通過移動副與定平臺滑槽連接，另一端與平行四邊形鉸鏈連接其軸線平行于移動副中心線，該平行四邊形鉸鏈另一端與第二個連桿連接，連桿另一端通過軸線平行于平行四邊形鉸鏈軸線的轉動副與第三個連桿連接，第三個連桿另一端通過轉動副與第四個連桿連接，連桿四的另一端通過軸線垂直于第三個連桿兩端轉動副軸線且平行于定平臺的轉動副與動平臺連接；機構末端通過垂直于動平臺的轉動副與動平臺連接。分支四第一個連桿通過圓柱副與定平臺上的圓柱導軌連接，連桿另一端通過轉動副與第二個連桿連接，第二個連桿另一端通過轉動副與第三個連桿連接，第三個連桿的另一端通過轉動副與動平臺連接，其中第二個連桿兩端的轉動副軸線相互垂直，第三個連桿兩端的轉動副軸線相互平行。
[0007]上述分支中，分支一中與定平臺連接的移動副為輸入驅動；第一連桿在移動副的驅動下發(fā)生移動，帶動第二、三個連桿和動平臺發(fā)生移動；上述分支一中與第二個連桿連接的轉動副為輸入驅動，第三個連桿在轉動副的驅動下發(fā)生轉動，第三個連桿的轉動帶動動平臺發(fā)生轉動；上述分支三中與定平臺連接的移動副為輸入動驅動，第一連桿在移動副的驅動下發(fā)生移動，帶動第二、三、四個連桿發(fā)生移動，第四個連桿的移動帶動動平臺發(fā)生移動；上述分支四中與第一個連桿連接的轉動副為輸入驅動，第二個連桿在轉動副的驅動下發(fā)生轉動，第二個連桿的轉動帶動第三個連桿和動平臺發(fā)生轉動。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點:
[0009]1、結構穩(wěn)定，運動副有低副也有復合運動副，裝配簡單；
[0010]2、實現(xiàn)了空間兩個移動自由度和兩個轉動自由度解耦；
[0011]3、所有輸入驅動全部與平臺相連，這樣減少了桿件的負載，具有良好的運動性和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖；
[0013]圖2整體示意結構簡圖；
[0014]圖3整體示意結構簡圖。
【具體實施方式】
[0015]在圖2、3所示的一種兩移兩轉四自由度解耦空間并聯(lián)機構示意圖中，定平臺I動平臺9為長方形結構，該定平臺I的相鄰兩邊布有滑槽19和圓柱導軌30，滑槽17中心線導軌30軸線與定平臺I平行；分支一中的第一連桿3的一端通過移動副2與定平臺I連接，該連桿3的另一端通過移動副4與第二個連桿5連接，連桿5的另一端通過轉動副6與第三個連桿7連接，連桿7通過轉動副8與動平臺9連接；分支二中的第一連桿11的一端通過轉動副10與定平臺I連接，該連桿11的另一端通過轉動副12與第二個連桿13連接，連桿13的另一端通過轉動副14與第三個連桿15連接，該連桿15的另一端通過轉動副16與第四個連桿17連接，連桿17另一端通過轉動副18與動平臺9連接；分支三中的第一連桿21的一端通過移動副20與定平臺上滑槽19連接，該連桿21的另一端與平行四邊形鉸鏈22連接，鉸鏈22另一端與第二個連桿23連接，連桿23另一端通過轉動副24與第三個連桿的25 —端連接，連桿25的另一端通過轉動副26與第四連桿27連接，連桿27另一端通過轉動副28與動平臺9連接；分支四第一個連桿31通過圓柱副30與定平臺I上的圓柱導軌29連接，連桿31另一端通過轉動副32與第二個連桿33連接，第二個連桿33另一端通過轉動副34與第三個連桿35連接，第三個連桿35的另一端通過轉動副36與動平臺9連接。
[0016]分支一中的移動副2的中心線垂直于定平臺I所在平面，移動副4的中心線平行于定平臺I垂直于移動副2的中心線，轉動副6、8軸線相互垂直且都平行于定平臺I ;分支二中轉動副10、12、14的軸線相互平行且平行于定平臺I和分支一中轉動副8的軸線，轉動副16、18軸線相互平行且垂直于轉動副10、12、14的軸線平行于轉動副6的軸線；分支三中移動副20中心線平行于定平臺I和轉動副6、16、18軸線移動副4的中心線，平行四邊形鉸鏈22、轉動副24、26線相互平行且平行于移動副20中心線，與動平臺連接的轉動副28軸線平行于定平臺I和轉動副8、10、12、14軸線；分支四中圓柱副30軸線平行于轉動副8、10、12、14、28，轉動副32軸線平行于轉動副6、16、18、24、26垂直于圓柱副30軸線，轉動副34、36相互平行垂直于轉動副32平行于圓柱副30軸線。
【主權項】
1.一種兩移兩轉四自由度解耦并聯(lián)機構，其包括定平臺、動平臺、以及連接定平臺和動平臺的四個分支。其特征在于:所述定平臺相連兩邊分別安裝滑槽和圓柱導軌，所述滑槽的中心線及導軌軸線與定平臺平行，動定平臺為長方形。分支一中第一連桿的一端通過中心線垂直于定平臺的移動副與定平臺連接，第一連桿另一端通過移動副與第二個連桿連接，第二個連桿另一端通過轉動副與第三個連桿連接，第三個連桿的另一端通過轉動副軸線與動平臺連接，其中兩個移動副中心線相互垂直，兩個轉動副軸線相互垂直；分支二中第一個連桿通過軸線平行于定平臺的轉動副與定平臺連接，連桿的另一端通過轉動副與第二個連桿連接，第二個連桿的另一端通過轉動副與第三個連桿連接，第三個連桿的另一端通過轉動副與第四個連桿連接，第四個連桿另一端通過轉動副與動平臺連接，其中與第一、二連桿連接的轉動副軸線相互平行，第四個連桿兩端的轉動副軸線相互平行且垂直于第一、二連桿連接的轉動副軸線；分支三中第一連桿的一端通過移動副與定平臺滑槽連接，另一端與平行四邊形鉸鏈連接其軸線平行于移動副中心線，該平行四邊形鉸鏈另一端與第二個連桿連接，連桿另一端通過軸線平行于平行四邊形鉸鏈軸線的轉動副與第三個連桿連接，第三個連桿另一端通過轉動副與第四個連桿連接，連桿四的另一端通過軸線垂直于第三個連桿兩端轉動副軸線且平行于定平臺的轉動副與動平臺連接；機構末端通過垂直于動平臺的轉動副與動平臺連接。分支四第一個連桿通過圓柱副與定平臺上的圓柱導軌連接，連桿另一端通過轉動副與第二個連桿連接，第二個連桿另一端通過轉動副與第三個連桿連接，第三個連桿的另一端通過轉動副與動平臺連接，其中第二個連桿兩端的轉動副軸線相互垂直，第三個連桿兩端的轉動副軸線相互平行。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種解耦的兩移兩轉四自由度并聯(lián)機構，其特征在于:上述分支一中與定平臺連接的移動副為輸入驅動；上述分支一中與第二個連桿連接的轉動副為輸入驅動；上述分支三中與定平臺連接的移動副為輸入動驅動；上述分支四中與第一個連桿連接的轉動副為輸入驅動。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種解耦的兩移兩轉四自由度并聯(lián)機構，其特征在于:上述分支一中，第二個連桿兩端的移動副和轉動副可以用圓柱副；上述分支二中，第三個連桿兩端的轉動副可以用萬向鉸代替；上述分支三中，第四個連桿兩端的轉動副可以用萬向鉸代替；上述分支四中第二個連桿兩端的轉動副可以用萬向鉸代替。
【專利摘要】本發(fā)明屬于機器人領域，特別涉及一種空間解耦并聯(lián)機構。其包括定平臺、動平臺、以及連接定平臺和動平臺的四個分支。所述定平臺相連兩邊分別安裝滑槽和圓柱導軌，動定平臺為長方形。分支一是由兩個中心線相互垂直的移動副和兩個軸線相互垂直轉動副及連接它們的三個連桿組成；分支二由三個軸線平行于定平臺轉動副和兩個軸線平行于定平臺且垂直前三個轉動副的軸線，以及連接它們的四個連桿組成；分支三由一個移動副和一個平行四邊形鉸鏈和三個轉動副，以及連接它們的四個連桿組成；分支四是由一個圓柱和三個轉動副以及連接它們之間的三個連桿。發(fā)明結構穩(wěn)定，能夠實現(xiàn)沿垂直于定平臺方向和定平臺滑槽方向的兩維移動及繞動平臺上兩個軸線相互垂直的轉動副的兩維轉動，各運動解耦，易于控制，承載力強。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號】CN104552280
【申請?zhí)枴緾N201510032590
【發(fā)明人】曹毅, 秦友蕾, 周輝, 展杰
【申請人】江南大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月20日