一種(3t)&1r四自由度完全解耦混聯(lián)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，特別涉及一種空間完全解耦混聯(lián)機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]混聯(lián)機器人是指:至少包括一個并聯(lián)機構(gòu)和一個或多個串聯(lián)機構(gòu)按照一定的方式組合在一起的復(fù)雜機械系統(tǒng)。混聯(lián)機器人同時繼承并聯(lián)機構(gòu)和串聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)良屬性，同時又能避免單純串、并聯(lián)構(gòu)型缺點，在現(xiàn)代制造業(yè)中更具有實用性，已在焊接、噴漆、搬運、汽車裝配、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0003]少自由度并聯(lián)機構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新是混聯(lián)機構(gòu)的設(shè)計一個重要前提，由于混聯(lián)機器人包涵并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并聯(lián)機構(gòu)存在運動耦合性強的問題?；炻?lián)機器人耦合性的存在使得機構(gòu)在機構(gòu)設(shè)計、計算分析和運動控制等方面存在著諸多問題。因此，為簡化混聯(lián)機器人的控制過程，提高混聯(lián)機構(gòu)的解耦性已經(jīng)成為機構(gòu)學研宄領(lǐng)域的熱點問題。
[0004]對于四自由度混聯(lián)機構(gòu)研宄取得一些進展，例如，中國專利文獻CN 103419192 A提供一種四自由度混聯(lián)機器人，對建立在并聯(lián)基礎(chǔ)上的兩個平行四邊形驅(qū)動模塊進行串聯(lián)連接，實現(xiàn)沿X，Y，Z軸的3個平動自由度和I個繞Z軸轉(zhuǎn)動自由度。但該機構(gòu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差且運動解耦性差。在四自由度混聯(lián)機器人構(gòu)型解耦性研宄中，中國專利文獻CN 102172913發(fā)明了一種混聯(lián)操作手的優(yōu)點是:均具有運動學正逆解析解且控制解耦性好、易實現(xiàn)大工作空間，且制造容易、結(jié)構(gòu)和操作簡便，能實現(xiàn)四自由度數(shù)控加工與產(chǎn)業(yè)操作。但是該機構(gòu)只能實現(xiàn)兩移兩轉(zhuǎn)且剛性較差，上述發(fā)明機構(gòu)雖然機構(gòu)動平臺能實現(xiàn)四自由度運動，但是能實現(xiàn)解耦的混聯(lián)機構(gòu)十分稀少，大部分混聯(lián)機構(gòu)的解耦性并沒有很好解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于控制、運動完全解耦的三移一轉(zhuǎn)四自由度混聯(lián)機構(gòu)。本發(fā)明由一個并聯(lián)機構(gòu)(3Τ)和串聯(lián)連接并聯(lián)機構(gòu)的一個轉(zhuǎn)動副IR組成(3T)&1R四自由度解耦混聯(lián)機構(gòu)。并聯(lián)機構(gòu)由定平臺、動平臺、以及連接定平臺和動平臺的三個分支。所述定平臺兩相鄰底邊安裝滑槽，所述滑槽的中心線與定平臺底面平行，分支一是由一個移動副和三個軸線平行轉(zhuǎn)動副，以及連接它們的連桿組成；分支二由一個移動副和兩個軸線平行轉(zhuǎn)動副和一個平行四邊形鉸鏈，以及連接它們的連桿組成。分支三由一個垂直于定平臺的移動副和三個軸線平行轉(zhuǎn)動副，以及連接它們的連桿組成；混聯(lián)機構(gòu)末端通過垂直于動平臺轉(zhuǎn)動副連接動平臺。
[0006]其中，分支一中第一連桿的一端通過移動副與定平臺連接，另一端通過轉(zhuǎn)動副與第二連桿連接，該連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三連桿連接，第三連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接其中移動中心線和三個轉(zhuǎn)動副軸線平行；分支二中，第一連桿的一端通過中心線平行于滑槽方向的移動副與定平臺連接，第一連桿另一端與平行四邊形鉸鏈連接，該平行四邊形鉸鏈另一端與第二個連桿連接，第二個連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三連桿連接，第三連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接；分支三第一連桿的一端通過移動副與定平臺連接，其移動中心方向垂直于定平臺，另一端通過轉(zhuǎn)動副與第二連桿連接，該連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三連桿連接，第三連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接其中移動中心線和三個轉(zhuǎn)動副軸線平行；混聯(lián)機構(gòu)末端通過垂直于動平臺轉(zhuǎn)動副連接動平臺。
[0007]分支一中移動副的移動中心線方向平行于定平臺，三個轉(zhuǎn)動副軸線相互平行且平行于移動副中心線；分支二中移動副中心線平行與定平臺且垂直于分支一中移動副中心線，平行四邊形鉸鏈中的轉(zhuǎn)動副及與之相鄰兩個轉(zhuǎn)動副軸線與移動副中心線平行；分支三中移動副中心線垂直于定平臺，三個轉(zhuǎn)動副軸線互相平行且平行于移動副中心線。
[0008]分支一中與定平臺連接的移動副為輸入運動副，第一個連桿在移動副的驅(qū)動下發(fā)生移動，第一個連桿的移動帶動第二、三個連桿發(fā)生移動，第三個連桿帶動動平臺發(fā)生移動，動平臺的移動帶動末端發(fā)生移動；上述分支一.中與定平臺連接的移動副為輸入運動副，第一個連桿在移動副的驅(qū)動下發(fā)生移動，第一個連桿的移動帶動第二、三個連桿發(fā)生移動，第三個連桿帶動動平臺發(fā)生移動，動平臺的移動帶動末端發(fā)生移動；上述分支三中與定平臺連接的移動副為輸入運動副，第一個連桿在移動副的驅(qū)動下發(fā)生移動，第一個連桿的移動帶動第二、三個連桿發(fā)生移動，第三個連桿帶動動平臺發(fā)生移動，動平臺的移動帶動末端發(fā)生移動；與動平臺連接的轉(zhuǎn)動副為輸入運動副；末端在轉(zhuǎn)動副驅(qū)動下發(fā)生轉(zhuǎn)動。最終實現(xiàn)四個輸入四個輸出運動完全解耦的混聯(lián)機構(gòu)。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0010]1、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，運動副有低副也有復(fù)合運動副，裝配簡單，制造成本低；
[0011]2、實現(xiàn)了空間三個移動自由度和一個轉(zhuǎn)動自由度完全解耦；
[0012]3、所有輸入驅(qū)動全部與定平臺相連，這樣減少了桿件的負載，具有良好的運動性和穩(wěn)定性及較大的操作空間。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖。
[0014]圖2整體示意結(jié)構(gòu)簡圖。
【具體實施方式】
[0015]在圖2所示的一種三移一轉(zhuǎn)四自由度解耦空間混聯(lián)機構(gòu)示意圖中，定平臺I動平臺21為長方形結(jié)構(gòu)，該定平臺的相鄰兩邊布有滑槽，滑槽的中心線與定平臺I底面平行；分支一中的第一連桿2的一端通過移動副與定平臺I滑槽連接，該連桿2的另一端通過轉(zhuǎn)動副3與第二連桿4連接，4的另一端通過轉(zhuǎn)動副5與第三連桿6連接，連桿6的另一端通過轉(zhuǎn)動副7與動平臺21連接；分支二中的第一連桿12通過移動副13與定平臺I的滑槽連接，該第一連桿12的另一端與平行四邊形鉸鏈11 一端連接，該平行四邊形鉸鏈11的另一端與第二個連桿連接，第二個連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副10與第三個連桿9連接；連桿9的另一端通過轉(zhuǎn)動副8與動平臺21連接；分支三中的第一連桿15的一端通過移動副14與定平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副16與第二連桿的17 —端連接，該第二連桿17的另一端通過轉(zhuǎn)動副18與第三連桿的19 一端連接，該第三連桿19的另一端通過轉(zhuǎn)動副20與動平臺21連接?；炻?lián)機構(gòu)末端通過轉(zhuǎn)動副22與動平臺連接。
[0016]分支一中的移動副的中心線方向平行于定平臺1，轉(zhuǎn)動副3、5、7軸線相互平行且平行于移動副中心線；分支二中的移動副13的移動方向平行于定平臺I垂直于分支一中移動副中心線，轉(zhuǎn)動副8、10軸線相互平行與移動副13方向平行且平行于平行四邊形鉸鏈11中轉(zhuǎn)動副軸線方向；分支三中移動副14中心線垂直于定平臺，轉(zhuǎn)動副16、18、20軸線平行于移動副14中心線與分支二中的轉(zhuǎn)動副8、10軸線分支一中的轉(zhuǎn)動副軸線3、5、7方向垂直；轉(zhuǎn)動副22軸線垂直于動平臺21。
【主權(quán)項】
1.一種三移一轉(zhuǎn)四自由度完全解耦混聯(lián)機構(gòu)，其包括一個并聯(lián)機構(gòu)(3T)和串聯(lián)連接并聯(lián)機構(gòu)動平臺上的一個轉(zhuǎn)動副IR，并聯(lián)機構(gòu)由定平臺、動平臺、以及連接定平臺和動平臺的三個分支。其特征在于:定平臺兩相鄰底邊安裝導軌，所述導軌的中心線與定平臺底面平行，其分支一中第一連桿的一端通過移動副與定平臺連接，另一端通過轉(zhuǎn)動副與第二連桿連接，該連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三連桿連接，第三連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，其中移動中心線和三個轉(zhuǎn)動副軸線平行；分支二中，第一連桿的一端通過中心線平行于滑槽方向的移動副與定平臺連接，第一連桿另一端與平行四邊形鉸鏈連接，該平行四邊形鉸鏈另一端與第二個連桿連接，第二個連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三連桿連接，第三連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，其中移動中心線和兩個轉(zhuǎn)動副軸線平行。分支三第一連桿的一端通過移動副與定平臺連接，其移動中心方向垂直于定平臺，第一連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第二連桿連接，第二連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三連桿連接，第三連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接其中移動中心線和三個轉(zhuǎn)動副軸線平行；混聯(lián)機構(gòu)末端通過垂直于動平臺轉(zhuǎn)動副連接動平臺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種完全解耦的三移一轉(zhuǎn)四自由度混聯(lián)機構(gòu)，其特征在于:上述分支一中的移動副及與之相鄰的轉(zhuǎn)動副可以用圓柱副替代；上述分支三中第一個連桿兩端的移動副和轉(zhuǎn)動副可以用一個圓柱副代替。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種完全解耦的三移一轉(zhuǎn)四自由度混聯(lián)機構(gòu)，其特征在于:上述分支一中與定平臺連接的移動副為輸入運動副；上述分支二中與定平臺連接移動副為輸入運動副；上述分支三中與定平臺連接的移動副為輸入運動副；上述與動平臺連接的轉(zhuǎn)動副為輸入運動副。
【專利摘要】本發(fā)明屬于機器人領(lǐng)域，特別涉及一種空間解耦混聯(lián)機構(gòu)。其包括一個并聯(lián)機構(gòu)(3T)和串聯(lián)連接在并聯(lián)機構(gòu)動平臺上的一個轉(zhuǎn)動副1R，并聯(lián)機構(gòu)由定平臺、動平臺、以及連接定平臺和動平臺的三個分支。所述定平臺兩相鄰底邊安裝滑槽。分支一是由一個移動副和三個軸線平行轉(zhuǎn)動副，以及連接它們的三個連桿組成；分支二由一個移動副和兩個軸線平行轉(zhuǎn)動副和一個平行四邊形鉸鏈，以及連接它們的三個連桿組成。分支三由一個垂直于定平臺的移動副和三個軸線平行轉(zhuǎn)動副，以及連接它們的三個連桿組成；混聯(lián)機構(gòu)末端通過垂直于動平臺轉(zhuǎn)動副連接動平臺。本發(fā)明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)動平臺沿平行于定平臺方向及垂直于定平臺的三個移動和垂直于定平臺的一個轉(zhuǎn)動，各運動解耦，易于控制，運動空間大，承載力強。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號】CN104647358
【申請?zhí)枴緾N201510032793
【發(fā)明人】秦友蕾, 曹毅, 周輝, 李佳桐, 單春成
【申請人】江南大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月20日