具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)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，特別涉及一種具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于是一種多支鏈閉環(huán)結(jié)構(gòu)，因此具有速度高、精度高、剛度大和承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，已有多種新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)得到了應(yīng)用，如六自由度Stewart機(jī)構(gòu)、三自由度Delta機(jī)構(gòu)和Y-Star機(jī)構(gòu)等。并聯(lián)機(jī)構(gòu)其弱點(diǎn)也較為明顯，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合性強(qiáng)等。尤其強(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)定困難等。完全各向同性的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)完全解耦，在工作空間中無(wú)運(yùn)動(dòng)學(xué)奇異，在運(yùn)動(dòng)和力的傳遞上具有更好的性能，控制更為簡(jiǎn)單。因此近年來(lái)具有完全各向同性或運(yùn)動(dòng)解耦的并聯(lián)機(jī)構(gòu)成為研究熱點(diǎn)，同時(shí)隨著并聯(lián)機(jī)器人研究的不斷深入，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用日趨廣泛。
[0003]目前，已有學(xué)者發(fā)明出具有完全各向同性的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。例如中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào):CN101058185A、CN101927491A、CN103968207A、CN102303313A，不難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今的研究主要集中在三自由度完全各向同性并聯(lián)機(jī)構(gòu)，然而五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)是少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中很具應(yīng)用潛力的一種，目前也有一些三移動(dòng)三轉(zhuǎn)動(dòng)五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)明專(zhuān)利，例如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?200310115539.3,200510101134.3、200910108016.3等，但上述發(fā)明的五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)但是對(duì)于以上的現(xiàn)有機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，都具有運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合性強(qiáng)、存在奇異位形等問(wèn)題。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，提供一種具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有軌跡規(guī)劃簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)控制容易，不存在驅(qū)動(dòng)奇異，運(yùn)動(dòng)完全解耦等優(yōu)點(diǎn)，可用于五自由度虛軸并聯(lián)機(jī)床。
[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)之間的四條支鏈組成，其特征在于:所述定平臺(tái)I為長(zhǎng)方形，動(dòng)平臺(tái)19為正方形，支鏈一是由移動(dòng)副P(pán)u、一個(gè)平行四邊形鉸鏈Pa、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副Rn、R12, R13以及連桿2、3、4、5組成，其中移動(dòng)副P(pán)11移動(dòng)方向與平行四邊形鉸鏈Pa以及轉(zhuǎn)動(dòng)副Rn、R1；!軸線(xiàn)平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副R12、R13軸線(xiàn)相互垂直且平行于動(dòng)平面；支鏈二是由兩個(gè)移動(dòng)副P(pán)21、P22和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R21、R22、R23以及連桿6、7、8、9組成，其中移動(dòng)副P(pán)21移動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)副R21、R22軸線(xiàn)平行，移動(dòng)副P(pán)22移動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)副R23平行與轉(zhuǎn)動(dòng)副R22軸線(xiàn)垂直。支鏈三是由一個(gè)垂直于定平臺(tái)移動(dòng)副P(pán)31和五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R31、R32、R33、R34、R35以及5個(gè)連桿構(gòu)成，其中R 31、R32、R33均垂直于定平臺(tái)1，連桿17、18兩端連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線(xiàn)相互垂直。支鏈四與支鏈二結(jié)構(gòu)完全相同。定平臺(tái)連接的移動(dòng)副P(pán)n、P21、P31，與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副R13、R43為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五個(gè)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副，其中支鏈一為雙驅(qū)動(dòng)支鏈，支鏈二、三、四為單驅(qū)動(dòng)支鏈。
[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，在工作空間內(nèi)不存在奇異位形，其速度雅克比矩陣恒為單位矩陣，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)，只含有四條支鏈，大量的減少了構(gòu)件的數(shù)量，同時(shí)支鏈二、四結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)，造價(jià)低，驅(qū)動(dòng)均位于平臺(tái)上，有效增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的剛性。
[0009]3、本發(fā)明的空間五自由度并聯(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:空間三維移動(dòng)，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)在三維移動(dòng)，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)需要控制簡(jiǎn)單的作業(yè)的并聯(lián)機(jī)床、機(jī)器人領(lǐng)域有著廣泛的應(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)明提供一種具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(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)19以及連接它們之間的四個(gè)支鏈組成。
[0012]支鏈一是由支鏈一是由移動(dòng)副P(pán)11、一個(gè)平行四邊形鉸鏈Pa、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R11、R12、R13以及連桿2、3、4、5組成，連桿2的一端通過(guò)移動(dòng)副P(pán)11與定平臺(tái)I連接，連桿2的另一端通過(guò)平行四邊形鉸鏈Pa與連桿3連接，連桿3另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R11與連桿4連接，連桿4另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R12與連桿5連接，連桿5的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R 13動(dòng)平臺(tái)19連接。其中移動(dòng)副P(pán)11移動(dòng)方向與平行四邊形鉸鏈Pa以及轉(zhuǎn)動(dòng)副R n、R1；!軸線(xiàn)平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副R1；!、Ri；3軸線(xiàn)相互垂直且平行于動(dòng)平面。
[0013]支鏈二是由兩個(gè)移動(dòng)副？21、？22和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副1?21、1?22、1?23以及連桿6、7、8、9組成，連桿6的一端通過(guò)移動(dòng)副P(pán)21與定平臺(tái)連接，連桿6的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R21與連桿7連接，連桿7另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R22與連桿8連接，連桿8另一端通過(guò)移動(dòng)副P(pán) 22與連桿9連接，連桿9另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R23與動(dòng)平臺(tái)連接。其中移動(dòng)副P(pán) 21移動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)副R 21、R22軸線(xiàn)平行，移動(dòng)副P(pán)22移動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)副R μ平行與轉(zhuǎn)動(dòng)副R 22軸線(xiàn)垂直。
[0014]支鏈三是由一個(gè)垂直于定平臺(tái)移動(dòng)副P(pán)31和五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R31、R32、R33、R34、R35以及5個(gè)連桿構(gòu)成，連桿14的一端通過(guò)移動(dòng)副P(pán)31與定平臺(tái)連接，連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R31與連桿15連接，連桿15的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R32與連桿16連接，連桿16另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R33與連桿17連接，連桿17另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副P(pán)34與連桿18連接，連桿18另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R35與19與動(dòng)平臺(tái)連接。其中R31、R32、R33均垂直于定平臺(tái)1，連桿17、18兩端連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線(xiàn)相互垂直。
[0015]四個(gè)支鏈分別通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R13、R23、R35、R43與動(dòng)平臺(tái)四個(gè)相鄰邊的中點(diǎn)連接，支鏈二、四對(duì)稱(chēng)布置在動(dòng)平臺(tái)上，支鏈一、二、三中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副P(pán)11、P21、P31移動(dòng)方向相互垂直。
[0016]支鏈一、二、三中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副P(pán)n、P21, P31為驅(qū)動(dòng)副，控制機(jī)構(gòu)沿X、Y、Z方向的移動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過(guò)直線(xiàn)伺服電機(jī)或電機(jī)帶動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)，支鏈一、四中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副R13、R43為驅(qū)動(dòng)副控制機(jī)構(gòu)繞X、Y軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過(guò)直線(xiàn)伺服電機(jī)；最終實(shí)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)三移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)五自由度運(yùn)動(dòng)輸入與輸出完全一一對(duì)應(yīng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其包括定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)19以及連接它們之間的四個(gè)支鏈，其特征在于:支鏈一是由移動(dòng)副P(pán)u、一個(gè)平行四邊形鉸鏈Pa、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副Rn、R12、R13以及連桿2、3、4、5組成，其中移動(dòng)副P(pán) η移動(dòng)方向與平行四邊形鉸鏈Pa以及轉(zhuǎn)動(dòng)副Rn、R12軸線(xiàn)平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副R12、R13軸線(xiàn)相互垂直且平行于動(dòng)平面；支鏈二是由兩個(gè)移動(dòng)副P(pán)21、P22和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R21、R22、R23以及連桿6、7、8、9組成，其中移動(dòng)副P(pán)21移動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)副R21、R22軸線(xiàn)平行，移動(dòng)副P(pán) 22移動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)副R 23平行與轉(zhuǎn)動(dòng)副R 22軸線(xiàn)垂直。支鏈三是由一個(gè)垂直于定平臺(tái)移動(dòng)副P(pán)31和五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R31、R32、R33、R34、R35以及5個(gè)連桿構(gòu)成，其中R31、R32、R33均垂直于定平臺(tái)1，連桿17、18兩端連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線(xiàn)相互垂直。支鏈四與支鏈二結(jié)構(gòu)完全相同。2.按照權(quán)利要求1所述的具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:四個(gè)支鏈分別通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副r13、r23、R35、R43與動(dòng)平臺(tái)四個(gè)相鄰邊的中點(diǎn)連接，支鏈二、四對(duì)稱(chēng)布置在動(dòng)平臺(tái)上，支鏈一、二、三中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副P(pán)u、P21、P31移動(dòng)方向相互垂直。3.按照權(quán)利要求1所述的具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:定平臺(tái)連接的移動(dòng)副P(pán)n、P21、P31，與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副R13、R43為井聯(lián)機(jī)構(gòu)的五個(gè)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副，其中支鏈一為雙驅(qū)動(dòng)支鏈，支鏈二、三、四為單驅(qū)動(dòng)支鏈。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有三移兩轉(zhuǎn)的完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)(1)、動(dòng)平臺(tái)(19)以及連接兩平臺(tái)之間的四條支鏈，所述四個(gè)支鏈位于動(dòng)平臺(tái)四個(gè)邊上，支鏈一是由一個(gè)移動(dòng)副、一個(gè)平行四邊形鉸鏈、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副及四個(gè)連桿組成，支鏈二、四結(jié)構(gòu)完全相同是由兩個(gè)移動(dòng)副和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副以及4個(gè)連桿連接組成。支鏈三是由一個(gè)垂直于定平臺(tái)移動(dòng)副和五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副以及5個(gè)連桿構(gòu)成。所述五個(gè)驅(qū)動(dòng)副分別為移動(dòng)副(P11)、(P21)、(P31)轉(zhuǎn)動(dòng)副(R43)、(R13)，實(shí)現(xiàn)了三維移動(dòng)和兩維轉(zhuǎn)動(dòng)五自由度運(yùn)動(dòng)輸入與輸出速度間成一一對(duì)應(yīng)線(xiàn)性關(guān)系，本發(fā)明具有控制簡(jiǎn)單，不存在驅(qū)動(dòng)奇異，運(yùn)動(dòng)完全解耦等優(yōu)點(diǎn)，可用于五自由度虛軸并聯(lián)機(jī)床。
【IPC分類(lèi)】B25J9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105082112
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510557503
【發(fā)明人】曹毅, 秦友蕾, 丁銳, 周輝
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月6日