一種三轉(zhuǎn)一移完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利說(shuō)明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種三轉(zhuǎn)一移完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)器人的自由度數(shù)目一般與運(yùn)動(dòng)支鏈的數(shù)目相同，早期的并聯(lián)機(jī)器人通常是6自由度的Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有較高承載能力剛度大、速度響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，但Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)具有工作空間小、運(yùn)動(dòng)正解困難、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜等缺點(diǎn)，同時(shí)很多領(lǐng)域并不需要機(jī)構(gòu)具有六個(gè)自由度，為了克服6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的這些缺點(diǎn)，近年來(lái)許多研究人員把注意力轉(zhuǎn)向了少自由度并聯(lián)機(jī)器人，少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作空間較大、設(shè)計(jì)與控制比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]目前，已有一些學(xué)者設(shè)計(jì)出具有三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，如中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)號(hào)(CN1418764A)，趙鐵石等人發(fā)明了一種三轉(zhuǎn)一移四自由度重載靜平衡并聯(lián)運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)機(jī)構(gòu)，中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)(CN103383827A)，但上述機(jī)構(gòu)均存在強(qiáng)耦合性導(dǎo)致并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間小，軌跡規(guī)劃、控制設(shè)計(jì)和標(biāo)定困難，然而至今所提出的完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)大多數(shù)是三自由度的，經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)還沒(méi)有對(duì)于實(shí)現(xiàn)三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)的完全解耦的研究，因此需要一種新的技術(shù)方法解決上述問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的空缺及不足，提供一種三轉(zhuǎn)一移完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有控制簡(jiǎn)單，良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力傳遞性能，運(yùn)動(dòng)完全解耦，可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)末端一維移動(dòng)三維轉(zhuǎn)動(dòng)四自由度運(yùn)動(dòng)輸入與輸出完全一一對(duì)應(yīng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連接定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間的三條支鏈組成，其特征在于:所述定平臺(tái)I和動(dòng)平臺(tái)12都是長(zhǎng)方形，支鏈I是由一個(gè)移動(dòng)副和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副及連桿組成，支鏈II是由四個(gè)軸線垂直的或平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副以及連接它們的4個(gè)連桿連接組成。支鏈III是由四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副以及5個(gè)連桿構(gòu)成。所述支鏈I中三轉(zhuǎn)動(dòng)副Rn、R12、Rz相交于一點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)副R n、I?21、R31軸線共軸，轉(zhuǎn)動(dòng)副R12、R32軸線共軸，連桿4為L(zhǎng)型結(jié)構(gòu)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R 12、R23分別與支鏈I和支鏈11連接，同時(shí)連桿4另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副&與動(dòng)平臺(tái)連接。三個(gè)支鏈中四個(gè)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副分別為移動(dòng)副(Pn)、轉(zhuǎn)動(dòng)副(Rz)、(R21)、(R32)實(shí)現(xiàn)了一維移動(dòng)和三維轉(zhuǎn)動(dòng)四自由度運(yùn)動(dòng)輸入與輸出完全一一對(duì)應(yīng)。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn):
[0007]1、本發(fā)明的完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)相比，具有軌跡規(guī)劃簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)控制容易，良好的運(yùn)動(dòng)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(jī)器人機(jī)構(gòu)，只含有三條支鏈其中支鏈I為雙驅(qū)動(dòng)支鏈，同時(shí)機(jī)構(gòu)中存在共用連桿4，大量的減少了構(gòu)件的數(shù)量，成本低。
[0009]3、本發(fā)明的空間四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具有明確的運(yùn)動(dòng)形式:空間一維移動(dòng)，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。在需要一維移動(dòng)，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)控制簡(jiǎn)單的作業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明提供一種三轉(zhuǎn)一移完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。如圖1所示，機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)12以及連接它們之間的三個(gè)支鏈組成。
[0012]支鏈I是由移動(dòng)副P11和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R n、R12、&以及連桿2、3、4組成，連桿2的一端通過(guò)移動(dòng)副P11與定平臺(tái)I連接，連桿2的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R n與連桿3連接，連桿3另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R12與連桿4連接，連桿4另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副Rr^動(dòng)平臺(tái)連接。其中移動(dòng)副P11移動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)副R11軸線平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副Rn、R12、Rz軸線相互垂直且交于一點(diǎn)。
[0013]支鏈II是由四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R21、R22、R23、Rz，一個(gè)移動(dòng)副P21以及連桿4、5、6、7組成，連桿5的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R21與定平臺(tái)連接，連桿5的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R μ與連桿6連接，連桿6另一端通過(guò)移動(dòng)副P21與連桿7連接，連桿7另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R23與連桿4連接，連桿4的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副&與動(dòng)平臺(tái)連接。其中轉(zhuǎn)動(dòng)副R 21、R22軸線相互垂直交于一點(diǎn)且平行于動(dòng)平臺(tái)，轉(zhuǎn)動(dòng)副Rw R23軸線相互平行，移動(dòng)副P 21移動(dòng)方向垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副Rw R23軸線，轉(zhuǎn)動(dòng)副R21、R22、&軸線相互垂直。
[0014]支鏈III是由四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R31、R32、R33、R34和一個(gè)移動(dòng)副P31以及連桿8、9、10、11組成連桿8的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R31與定平臺(tái)I連接，連桿8的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R32與連桿9連接，連桿9另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R33與連桿10連接，連桿10另一端通過(guò)移動(dòng)副P 31與連桿11連接，連桿11另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R34與6與動(dòng)平臺(tái)連接。其中轉(zhuǎn)動(dòng)副R31、R32、R33軸線相互垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)副R34、R34軸線相互平行，移動(dòng)副P31移動(dòng)方向垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副R 33、R34軸線。
[0015]支鏈I中三轉(zhuǎn)動(dòng)副Rn、R12, Rz相交于一點(diǎn)，三支鏈中轉(zhuǎn)動(dòng)副R n、R2n R31軸線共軸，轉(zhuǎn)動(dòng)副R12、R32軸線共軸，連桿4為L(zhǎng)型結(jié)構(gòu)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R 12、R23分別與支鏈I和支鏈II連接，同時(shí)連桿4另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副&與動(dòng)平臺(tái)連接。
[0016]支鏈I中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副P11為驅(qū)動(dòng)副，控制機(jī)構(gòu)沿P11方向的移動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過(guò)直線伺服電機(jī)或電機(jī)帶動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)副Rz為驅(qū)動(dòng)副控制機(jī)構(gòu)繞1軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過(guò)直線伺服電機(jī)；支鏈II中與定平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副R21為驅(qū)動(dòng)副，控制機(jī)構(gòu)繞I^21軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，可通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；支鏈III中主動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副R32，控制機(jī)構(gòu)繞R32軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，可通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。最終實(shí)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)四自由度運(yùn)動(dòng)輸入與輸出完全——對(duì)應(yīng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三轉(zhuǎn)一移完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其包括定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)12以及連接它們之間的三個(gè)支鏈(1、I1、III)，其特征在于:支鏈I是由移動(dòng)副P11和三個(gè)軸線交于一點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)副Rn、R12、Rz以及連桿2、3、4組成，其中移動(dòng)副P η移動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)副R η軸線平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副Rn、R12、Rz軸線相互垂直且交于一點(diǎn)；支鏈二是由四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副1?21、1?22、1?23、1^，一個(gè)移動(dòng)副P21，以及連桿4、5、6、7組成，其中轉(zhuǎn)動(dòng)副R21、R22、Rz軸線相互垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)副R 22、R23軸線相互平行，移動(dòng)副P2I移動(dòng)方向垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。支鏈三是由四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副Κ；31、Κ；3；?、R33、R34和一個(gè)移動(dòng)副P31以及連桿8、9、10、11組成，其中轉(zhuǎn)動(dòng)副R31、R32、R33軸線相互垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)副R34、R34軸線相互平行，移動(dòng)副P31移動(dòng)方向垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副R33、R34軸線。2.按照權(quán)利要求1所述的一種三轉(zhuǎn)一移完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:支鏈I中三轉(zhuǎn)動(dòng)副!^、!^、!^相交于一點(diǎn)’三支鏈中轉(zhuǎn)動(dòng)副^”^?^軸線共軸’轉(zhuǎn)動(dòng)副!?…R32軸線共軸，連桿4為L(zhǎng)型結(jié)構(gòu)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R 12、R23分別與支鏈I和支鏈II連接，同時(shí)連桿4另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副&與動(dòng)平臺(tái)連接。3.按照權(quán)利要求1所述的一種三轉(zhuǎn)一移完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副P11,轉(zhuǎn)動(dòng)副R21、R32、Rz，為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四個(gè)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種三轉(zhuǎn)一移完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)(1)、動(dòng)平臺(tái)(12)以及連接定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間的三條支鏈，所述支鏈I是由一個(gè)移動(dòng)副和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副及連桿組成，支鏈II是由四個(gè)軸線垂直的或平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副以及連接它們的4個(gè)連桿連接組成。支鏈III是由四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副以及5個(gè)連桿構(gòu)成。所述構(gòu)件(4)是L型結(jié)構(gòu)為支鏈一、二共用連桿。三個(gè)支鏈中四個(gè)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副分別為移動(dòng)副(P11)、轉(zhuǎn)動(dòng)副(Rz)、(R21)、(R32)實(shí)現(xiàn)了一維移動(dòng)和三維轉(zhuǎn)動(dòng)四自由度運(yùn)動(dòng)輸入與輸出完全一一對(duì)應(yīng)，本發(fā)明具有控制簡(jiǎn)單，成本低、良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力傳遞性能等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床、微動(dòng)機(jī)器人等場(chǎng)合。
【IPC分類】B25J9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105108734
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510557502
【發(fā)明人】曹毅, 秦友蕾, 葛姝翌, 周輝
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月6日