一種完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及工業(yè)機器人機構(gòu)領域，特別是涉及到了一種完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)。
【背景技術】
[0002]并聯(lián)機構(gòu)又稱并聯(lián)機器人，是近年來機構(gòu)學和機器人領域研究的熱點之一。由于具有剛度大、承載能力強、誤差累計小、動態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，并聯(lián)機構(gòu)近年來被廣泛應用于眾多技術領域。并聯(lián)機器人分為六自由度機器人和少自由度并聯(lián)機器人。少自由度并聯(lián)機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、控制較為容易、制造成本低等特點。
[0003]目前，已有不少學者在三自由度一維移動二維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人的研究領域中取得了相應的成就，例如申請公布號為CN102909569A、公布日為2013.02.06的中國專利公開的一種1T2R三自由度空間并聯(lián)機構(gòu)，申請公布號為CN102360160A、公布日為2012.02.22的中國專利所公開的一種2R1T三自由度空間柔性精密定位平臺，申請公布號為CN102626919A、公布日為2012.08.08的中國專利所公開的無交匯軸線的對稱兩轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構(gòu)以及申請公布號為CN104029195A、公布日為2014.09.10的中國專利申請所公開的一種兩轉(zhuǎn)動一移動過約束并聯(lián)機構(gòu)均是屬于少自由度并聯(lián)機構(gòu)的范疇。但這些機構(gòu)都有強運動耦合性，對于一般的并聯(lián)機構(gòu)，因其運動耦合性都強，導致運動學解有多組，從而使得在軌跡規(guī)劃和控制設計方面困難。若想適用于工業(yè)機器人、醫(yī)療機器人和微操作器等領域，具有完全解耦的三自由度并聯(lián)機構(gòu)有著廣闊的前景。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)，以解決現(xiàn)有并聯(lián)機構(gòu)的各運動鏈之間互相影響、解耦性差的問題。
[0005]為了解決上述問題，本實用新型的完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)采用以下技術方案:完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)，包括靜平臺、動平臺和連接在動平臺與靜平臺之間的兩條分支運動鏈，兩條分支運動鏈中的一支為混合鏈，另一只為單開鏈；所述混合鏈包括第一子分支、第二子分支和第七轉(zhuǎn)動副，第一子分支包括與靜平臺連接的第一移動副和與第一移動副串聯(lián)的第二轉(zhuǎn)動副，第一移動副的軸線垂直于第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線，第一移動副為主動副，第二子分支包括與靜平臺連接的第三轉(zhuǎn)動副和依次從第三轉(zhuǎn)動副串聯(lián)的第四轉(zhuǎn)動副、第五虎克鉸、第六虎克鉸，第三轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線與第四轉(zhuǎn)動副的軸線垂直，第五虎克鉸與第六虎克鉸的相鄰部分的轉(zhuǎn)動軸線互相平行、另一部分的轉(zhuǎn)動軸線均于第四轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線平行，第三轉(zhuǎn)動副為主動副，第一子分支與第二子分支并聯(lián)構(gòu)成空間閉合回路結(jié)構(gòu)并通過第七轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線與第七轉(zhuǎn)動副的軸線互相垂直；單開鏈包括自靜平臺向動平臺依次串聯(lián)的第八移動副、第九轉(zhuǎn)動副、第十轉(zhuǎn)動副、第十一轉(zhuǎn)動副和第十二轉(zhuǎn)動副，第八移動副、第九轉(zhuǎn)動副、第十轉(zhuǎn)動副和第十一轉(zhuǎn)動副的軸線互相平行并且均垂直于第十二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線，第八移動副為主動副。
[0006]所述第八移動副的位置高于第三轉(zhuǎn)動副和第一移動副。
[0007]所述第八移動副通過一個立架設于靜平臺上。
[0008]所述混合鏈和單開鏈分別在動平臺的相對的兩側(cè)處與動平臺連接。
[0009]所述動平臺為矩形平臺。
[0010]在本實用新型的完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)中，安裝于靜平臺上的第一移動副、第三轉(zhuǎn)動副和第八移動副被選為主動副。其中第一移動副與第三轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直，第一移動副和第八移動副軸線垂直。第七轉(zhuǎn)動副和第十二轉(zhuǎn)動副與動平臺相連，且它們的軸線相互平行。因此，本實用新型的并聯(lián)機構(gòu)動平臺可實現(xiàn)兩維轉(zhuǎn)動一維移動輸出運動，機構(gòu)的雅可比矩陣為3X3對角陣，故動平臺的輸出運動與主動副輸入運動之間存在一對一的映射關系，大大減少了各運動鏈之間的影響，解決了一般并聯(lián)機器人解耦性差的問題。
【附圖說明】
[0011]圖1是完全解親二自由度并聯(lián)機構(gòu)的實施例的原理圖；
[0012]圖2是完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)的實施例，如圖1-2所示，該機構(gòu)包括靜平臺11、動平臺10以及連接靜平臺11和動平臺10的混合鏈和單開鏈。動平臺10采用矩形臺面板，混合鏈和單開鏈分別連接在動平臺的相對的兩側(cè)處。
[0014]混合鏈包括一個空間閉合回路結(jié)構(gòu)和第七轉(zhuǎn)動副R7，所述空間閉合回路結(jié)構(gòu)包括第一子分支和第二子分支。
[0015]第一子分支包括靜平臺11上的第一移動副P1和第二轉(zhuǎn)動副R2，它們通過第五連桿5連接。第一子分支中P1丄R2，即第一移動副P1與第二轉(zhuǎn)動副R2軸線相互垂直。
[0016]第二子分支包括第三轉(zhuǎn)動副R3，第四轉(zhuǎn)動副R4和第五虎克鉸U5和第六虎克鉸U6。第三轉(zhuǎn)動副R3和第四轉(zhuǎn)動副R4通過第一連桿1連接，第四轉(zhuǎn)動副R4和第五虎克鉸U5通過第二連桿2連接，第五虎克鉸U5和第六虎克鉸U6通過第三連桿3連接。第二子分支中第三轉(zhuǎn)動副R3與第四轉(zhuǎn)動副R4軸線相互垂直，而第五虎克鉸U5和第六虎克鉸U6中相鄰的兩個轉(zhuǎn)動副軸線相互平行，其它兩個轉(zhuǎn)動副與第四轉(zhuǎn)動副R4軸線平行。第一移動副P1和第三轉(zhuǎn)動副R3分別為兩子分支的主動副。
[0017]所述第一子分支、第二子分支通過第四連桿4和第七轉(zhuǎn)動副R7與動平臺相連，且第二轉(zhuǎn)動副R2和第七轉(zhuǎn)動副R7軸線相互垂直。
[0018]單開鏈由靜平臺11到動平臺10依次設置的第八移動副R8、第九轉(zhuǎn)動副R9、第十轉(zhuǎn)動副R10、第^^一轉(zhuǎn)動副R11和第十二轉(zhuǎn)動副R12構(gòu)成，其中第八移動副通過一個立架設于靜平臺上，第八移動副P8和第九轉(zhuǎn)動副R9通過第六連桿6連接，第九轉(zhuǎn)動副R9和第十轉(zhuǎn)動副R10通過第七連桿7連接，第十轉(zhuǎn)動副R10和第^^一轉(zhuǎn)動副R11通過第八連桿8連接，第i^一轉(zhuǎn)動副R11和第十二轉(zhuǎn)動副R12通過第九連桿9連接。第八移動副P8、第九轉(zhuǎn)動副R9、第十轉(zhuǎn)動副R10和第十一轉(zhuǎn)動副R11的軸線相互平行，且垂直于第十二轉(zhuǎn)動副R12軸線。
[0019]安裝于靜平臺11上的第一移動副P1、第三轉(zhuǎn)動副R3和第八移動副P8被選為主動副。其中第一移動副P1與第三轉(zhuǎn)動副R3軸線相互垂直，且與第八移動副P8軸線垂直。第七轉(zhuǎn)動副R7和第十二轉(zhuǎn)動副R12與動平臺相連，且它們的軸線相互平行。
[0020]本實用新型提出的一種完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)在工作過程中，當驅(qū)動第一移動副P1、第八移動副P8和第三轉(zhuǎn)動副R3時，所述動平臺可以實現(xiàn)空間兩維轉(zhuǎn)動一維移動輸出。機構(gòu)的雅可比矩陣為3X3對角陣，故動平臺的輸出與主動輸入呈一一對應關系。動平臺的一個運動輸出只需一個驅(qū)動器輸入控制，解決了并聯(lián)機器人解耦性差控制設計困難的問題。該并聯(lián)機構(gòu)可用于工業(yè)機器人、醫(yī)療機器人和微操作機器人等。
【主權項】
1.完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)，包括靜平臺、動平臺和連接在動平臺與靜平臺之間的兩條分支運動鏈，其特征在于，兩條分支運動鏈中的一支為混合鏈，另一只為單開鏈；所述混合鏈包括第一子分支、第二子分支和第七轉(zhuǎn)動副，第一子分支包括與靜平臺連接的第一移動副和與第一移動副串聯(lián)的第二轉(zhuǎn)動副，第一移動副的軸線垂直于第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線，第一移動副為主動副，第二子分支包括與靜平臺連接的第三轉(zhuǎn)動副和依次從第三轉(zhuǎn)動副串聯(lián)的第四轉(zhuǎn)動副、第五虎克鉸、第六虎克鉸，第三轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線與第四轉(zhuǎn)動副的軸線垂直，第五虎克鉸與第六虎克鉸的相鄰部分的轉(zhuǎn)動軸線互相平行、另一部分的轉(zhuǎn)動軸線均與第四轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線平行，第三轉(zhuǎn)動副為主動副，第一子分支與第二子分支并聯(lián)構(gòu)成空間閉合回路結(jié)構(gòu)并通過第七轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線與第七轉(zhuǎn)動副的軸線互相垂直；單開鏈包括自靜平臺向動平臺依次串聯(lián)的第八移動副、第九轉(zhuǎn)動副、第十轉(zhuǎn)動副、第十一轉(zhuǎn)動副和第十二轉(zhuǎn)動副，第八移動副、第九轉(zhuǎn)動副、第十轉(zhuǎn)動副和第十一轉(zhuǎn)動副的軸線互相平行并且均垂直于第十二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線，第八移動副為主動副。2.根據(jù)權利要求1所述的完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于，所述第八移動副的位置高于第三轉(zhuǎn)動副和第一移動副。3.根據(jù)權利要求2所述的完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于，所述第八移動副通過一個立架設于靜平臺上。4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于，所述混合鏈和單開鏈分別在動平臺的相對的兩側(cè)處與動平臺連接。5.根據(jù)權利要求4所述的完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于，所述動平臺為矩形平臺。
【專利摘要】本實用新型涉及工業(yè)機器人機構(gòu)領域，特別是涉及到了一種完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)。在本實用新型的完全解耦三自由度并聯(lián)機構(gòu)中，安裝于靜平臺上的第一移動副、第三轉(zhuǎn)動副和第八移動副被選為主動副。其中第一移動副與第三轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直，第一移動副和第八移動副軸線垂直。第七轉(zhuǎn)動副和第十二轉(zhuǎn)動副與動平臺相連，且它們的軸線相互平行。因此，本實用新型的并聯(lián)機構(gòu)動平臺可實現(xiàn)兩維轉(zhuǎn)動一維移動輸出運動，機構(gòu)的雅可比矩陣為3×3對角陣，故動平臺的輸出運動與主動副輸入運動之間存在一對一的映射關系，大大減少了各運動鏈之間的影響，解決了一般并聯(lián)機器人解耦性差的問題。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號】CN204976624
【申請?zhí)枴緾N201520767216
【發(fā)明人】張彥斌, 王增輝, 張華 , 丁丁, 彭建軍, 薛玉君, 趙浥夫
【申請人】河南科技大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年9月30日