一種2t&(2r)四自由度解耦混聯機構的制作方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發明屬于機器人領域，特別涉及一種空間解耦混聯機構。
【背景技術】
[0002]如今廣泛使用的工業機器人大都是一個似人手臂的機電系統，因而也稱串聯機器人。其工作空間大，適用范圍廣，典型的如斯坦福機器人、PUMA機器人。串聯機器人需在各關節上設置驅動裝置，故各動臂的運動慣量較大，因而不宜實現高速或超高速操作。并聯結構與串聯的懸臂梁相比，運動部分重量輕、速度高、動態性能好，容易取得運動學反解，如3DOF平移Delta機構。但目前的并聯機構普遍存在工作空間小、結構尺寸偏大、傳動環節過多等缺陷，影響了其運用。混聯機器人同時兼具串聯機器，并聯機器人各自的優點，同時又能避免單純串、并聯構型缺點，在現代制造業中更具有實用性。
[0003]由于混聯機器人包涵并聯結構，并聯機構存在運動耦合性強的問題。混聯機器人耦合性的存在使得機構在機構設計、計算分析和運動控制等方面存在著諸多問題。因此，為簡化混聯機器人的控制過程，提高混聯機構的解耦性已經成為機構學研宄領域的熱點問題。
[0004]對于兩個轉動自由度并聯機構的解耦性研宄取得一些進展，例如，中國專利文獻CN103624559A提出了一組兩自由度轉動解耦并聯機器人機構，在四自由度混聯機器人研宄中中國專利CN 103419192 A提出了一種四自由度混聯機器人，實現沿X，Y，Z軸的3個平動自由度和I個繞Z軸轉動自由度。上述發明機構雖然混聯機構動平臺能實現四自由度運動，但是該類大部分機構的解耦性并沒有很好解決。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種結構簡單、易于控制、運動解耦的兩移兩轉四自由度混聯機構。主要包括一個三分支并聯機構(2R)和連接在并聯機構動平臺上的串聯分支2T。三分支并聯機構由動平臺、上平臺、以及連接動平臺和上平臺的三個分支組成。串聯分支2T是由兩個移動副以及連接它們的底平臺組成。分支一是由一個圓柱副和兩個軸線相互垂直的轉動副，以及連接它們的兩個連桿組成；分支二由一個移動副和兩個球面副組成；分支三由一個一個平行四邊形鉸鏈和三個轉動副以及連接它們之間的三個連桿組成。
[0006]串聯分支2T中底平臺通過移動副與固定導軌連接，底平臺上方通過移動副與動平臺連接；分支一中第一連桿的一端通過軸線平行于動平臺的圓柱副與動平臺上圓柱導軌連接，連桿另一端通過軸線垂直于動平臺的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上平臺連接；分支二中，第一個連桿通過球面副與動平臺連接，連桿的另一端通過移動副與第二個連桿連接，第二個連桿的另一端通過球面副與上平臺連接；分支三中平行四邊形鉸鏈一端與動平臺連接，該平行四邊形鉸鏈另一端與第一個連桿連接，第一個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第三個連桿連接，第三個連桿的另一端通過轉動副與上平臺連接。
[0007]上述串聯分支2T中兩個移動副分別為輸入驅動，在移動副的驅動下分支一發生移動，分支移動帶動混聯機構上平臺發生移動；上述分支一中與動平臺連接圓柱副為輸入驅動，在圓柱副的驅動下第一個連桿發生轉動，第一個連桿轉動帶動第二個連桿轉動，第二個連桿轉動帶動機構上平臺發生轉動；分支三中與上平臺連接的轉動副為輸入驅動，上平臺在轉動副的驅動下發生轉動，這兩個方向的兩個轉動和兩個移動運動是解耦的，互不干涉。
[0008]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0009]1、串聯2T部分可以實現定位并聯機構(2R)可以用于位姿的調整；
[0010]2、實現了空間兩個移動自由度和兩個轉動自由度解耦；
[0011]3、具有較大的運動空間尤其是沿滑槽方向的移動。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的立體示意簡圖。
[0013]圖2整體示意結構簡圖。
【具體實施方式】
[0014]在圖2所示的一種兩移兩轉四自由度解耦空間混聯機構示意圖中，固定導軌I通過移動副2與底平臺3上滑槽連接，底平臺3上方滑槽4通過移動副17與動平臺5連接；分支一中第一連桿8的一端通過軸線平行于動平臺的圓柱副7與動平臺5上圓柱導軌6連接，連桿8另一端通過轉動副9與第二個連桿10連接，第二個連桿10的另一端通過轉動副11與上平臺25連接；分支二中，第一個連桿13通過球面副12與動平臺5連接，連桿13的另一端通過移動副14與第二個連桿15連接，第二個連桿15的另一端通過球面副16與上平臺25連接；分支三中平行四邊形鉸鏈18 —端與動平臺5連接，該平行四邊形鉸鏈18另一端與第一個連桿19連接，第一個連桿19另一端通過轉動副20與第二個連桿21連接，第二個連桿21另一端通過轉動副22第三個連桿23連接，第三個連桿23的另一端通過轉動副24與上平臺25連接。
[0015]移動副2的中心線平行于底平臺3，移動副17的中心線平行于底平臺3且垂直于移動副2的中心線；分支一中的與動平臺連接的圓柱副7的軸線平行于動平臺5和移動副2的中心線，轉動副9的軸線垂直于動平臺，轉動副11的軸線平行于動平臺5和移動副17的中心線垂直于轉動副9的軸線、圓柱副7的軸線；分支二中，移動副14中心線平行于球面副12、16球心的連線，分支三中平行四邊形鉸鏈18的軸線平行于圓柱副7的軸線，轉動副20,22的軸線相互平行且平行于鉸鏈18的軸線和移動副2的中心線，轉動副24軸線與分支一中轉動副11軸線同軸垂直于轉動副20、22軸線平行于動平臺5。
【主權項】
1.一種2T&(2R)四自由度解耦混聯機構其主要包括一個三分支并聯機構(2R)和連接在并聯機構動平臺上的串聯分支2T。三分支并聯機構由動平臺、上平臺、以及連接動平臺和上平臺的三個分支組成。其特征在于:所述動平臺為長方形結構其上方布有一個平行于動平臺的圓柱導軌相鄰邊下方布有梯形導軌。串聯分支2T中底平臺通過移動副與固定導軌連接，底平臺上方通過移動副與動平臺連接；分支一中第一連桿的一端通過軸線平行于動平臺的圓柱副與動平臺上圓柱導軌連接，連桿另一端通過軸線垂直于動平臺的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上平臺連接；分支二中，第一個連桿通過球面副與動平臺連接，連桿的另一端通過移動副與第二個連桿連接，第二個連桿的另一端通過球面副與上平臺連接；分支三中平行四邊形鉸鏈一端與動平臺連接，該平行四邊形鉸鏈另一端與第一個連桿連接，第一個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第三個連桿連接，第三個連桿的另一端通過轉動副與上平臺連接。
2.根據權利要求1所述的一種兩移兩轉四自由度解耦混聯機構，其特征在于:上述串聯分支2T中兩個移動副分別為輸入驅動；分支一中與動平臺連接圓柱副為輸入驅動；上述分支三中與上平臺連接的轉動副為輸入驅動。
3.根據權利要求1所述的一種兩移兩轉四自由度解耦混聯機構，其特征在于:上述分支一中第二個連桿兩端的轉動副可以用一個萬向鉸代替；上述分支二中移動副可以用轉動副代替；上述分支三中第三個連桿兩端的轉動副可以用一個萬向鉸代替。
【專利摘要】本發明屬于機器人領域，特別涉及一種空間解耦混聯機構。其主要包括一個三分支并聯機構(2R)和連接在并聯機構動平臺上的串聯分支2T。三分支并聯機構由動平臺、上平臺、以及連接動平臺和上平臺的三個分支組成。串聯分支2T是由兩個移動副以及連接它們的底平臺組成，分支一是由一個圓柱副和兩個軸線相互垂直的轉動副，以及連接它們的兩個連桿組成；分支二由一個移動副和兩個球面副組成；分支三由一個平行四邊形鉸鏈和三個轉動副以及連接它們之間的三個連桿組成。本發明能夠實現沿底平臺上兩中心線相互垂直滑槽方向的兩個移動和繞分支一中圓柱副軸線、分支三中與上平臺連接轉動副兩個相互垂直軸線的兩個轉動功能、結構簡單、操作空間大、運動解耦，易于控制。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號】CN104626119
【申請號】CN201510032672
【發明人】曹毅, 秦友蕾, 賁素東, 單春成
【申請人】江南大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月20日