CN105881497A - 一种(1t2r)&(2t)五自由度解耦混联机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦混联机构。其主要包括一个三分支并联机构(1T2R)和一个两分支并联机构(2T)，三分支并联机构由基座、动平台、以及连接基座和动平台的三个分支。分支一由一个移动副和四个转动副以及连接它们的四个连杆组成；分支二由一个移动副和一个万向铰以以及连接它们的连杆组成；分支三由一个圆柱副和四个转动副以及连接它们的四个连杆组成；两分支并联机构由动平台、机构末端、以及连接动平台和末端的两个分支组成；分支四由两个移动副和一个转动副组成；分支五由一个移动副和三个转动副组成。本发明实现三维移动两维转动的功能，结构稳定、刚性好、承载力强、运动解耦，易于控制。

Description

一种(1T2R)&(2T)五自由度解耦混联机构

所属技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦混联机构。

背景技术

混联机器人同时兼具串联机器人工作空间大、易控制，并联器人结构稳定、刚度大、误差积累少、动态性能好、易求得运动学反解等各自的优点，同时又能避免单纯串、并联构型缺点，在现代制造业中更具有实用性。

国内西安理工大学黄玉美等研制了六轴混联式数控机床，其并联机构3-RPS实现一移两转的功能，X轴和Y轴进给及另一个问转运动由串联驱动实现。由于混联机器人包涵并联结构，并联机构存在运动耦合性强的问题。混联机器人耦合性的存在使得机构在机构设计、计算分析和运动控制等方面存在着诸多问题。因此，为简化混联机器人的控制过程，提高混联机构的解耦性已经成为机构学研究领域的热点问题。

在三自由度并联机构解耦研究中，中国专利文献CN 103358303 A提出了一种两转动一移动完全解耦并联机构。在五自由度混联机器人研究中，中国专利文献CN1524662A提出了非对称空间5自由度混联机器人其优点是模块化设计，可实现即插即用。对于五自由度混联机构的解耦性研究取得一些进展，例如，中国专利文献CN102120205A提出了一种单喷枪喷涂五轴混联机器人，该机构不仅编程容易，制造及控制精度也易提高。中国专利文献CN102133560A一种多喷枪协同式喷涂五轴混联机器人，该种五轴混联喷涂机器人能实现高质量、高效率的喷涂提高了喷涂效率。上述发明机构虽然机构动平台能实现三移两转运动，但是该类机构十分稀少，大部分机构的解耦性并没有很好解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构稳定、易于控制、运动解耦的三移两转五自由度混联机够。其主要由一个三分支并联机构(1T2R)和一个两分支并联机构(2T)组成(1T2R)&(2T)五自由度解耦混联机构。三分支并联机构由基座、动平台、以及连接基座和动平台的三个分支。分支一由一个移动副和四个转动副以及连接它们的四个连杆组成；分支二由一个移动副和一个万向铰以以及连接它们的连杆组成；分支三由一个圆柱副和四个转动副以及连接它们的四个连杆组成；两分支并联机构由动平台、机构末端、以及连接动平台和末端的两个分支组成；分支四由两个移动副和一个转动副组成；分支五由一个移动副和三个转动副组成。

分支一中第一个连杆的一端通过转动副与定平台连接，前两个转动副轴线相互平行且垂直于定平面和移动副中心线，并垂直于随后两个轴线平行的转动副；分支二由一个移动副和一个万向铰以以及连接它们的连杆组成，万向铰的两个轴线与移动副移动方向垂直；分支三 由一个圆柱副和四个转动副以及连接它们的四个连杆组成，连杆的一端通过圆柱副与基座连接，与基座连接圆柱副轴线平行于定平台，并与随后两个转动副轴线垂直，与动平台连接的转动副轴线平行于动平面并平行于紧邻的转动副轴线垂直于前两个轴线平行的移动副。分支四由两个移动副和一个转动副组成，第一个连杆的一端通过移动副与动平台连接且方向垂直于定平台，该第一个连杆的另一端通过移动副与第二个连杆连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与机器人末端连接，两移动方向相互垂直；分支五由一个移动副和三个转动副组成，第一个连杆的一端通过移动副与动平台连接且方向平行于三个转动副轴线方向，该连杆的另一端通过转动副与第二个连杆，第二个连杆的另一端与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过转动副与机器人末端连接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、结构简单，运动副有低副也有复合运动副，装配简单，可以降低制造成本；

2、实现了空间三个移动自由度和两个转动自由度解耦；

3、所有输入驱动全部与平台相连，这样减少了杆件的负载，具有良好的运动性和稳定性及较快的反应速度。

附图说明

图1是本发明的立体示意简图；

图2整体示意结构简图；

图3整体示意结构简图。

具体实施方式

在图2所示的一种三移两转五自由度解耦空间混联机构示意图中，定平台1为长方形结构，分支一中的第一连杆的一端通过转动副2与定平台连接，该连杆3的另一端通过移动副4与连杆5的一端连接，该连杆的另一端通过转动副6与连杆7连接；该连杆的另一端通过转动副8与连杆9，连杆9另一端通过转动副10与动平台11连接；分支二中的第一连杆14通过移动副15与定平台导轨连接，该第一连杆的另一端通过万向铰13与动平台连接；分支三中的第一连杆18的一端通过圆柱副17与定平台连接，该第一连杆18的另一端通过转动副19与第二连杆20的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副21与第三连杆22的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副23与连杆24连接。该第四连杆的另一端通过转动副25与动平台相连；分支四支链第一连杆27的一端通过移动副26与动平台连接，第一连杆的另一端通过移动副28与连杆连接，连杆另一端通过转动副29与混联机器人末端35连接。分支五支链第一连杆31的一端通过移动副30与动平台上导轨连接，第一连杆的另一端通过转动副32与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副34与第三个连杆连接，连杆另一端通过转动副34与混联机器人末端35连接。

分支一中的转动副2的轴线方向与转动副6的轴线方向平行且垂直于定平面1以及转动副8、10轴线方向，轴线6、8转动副互相平行。分支一中转动副2和分支二中转动副19、20 的轴线方向平行。移动副4中心线平行于定平台1；分支二中移动副15的中心线方向与定平台1平行，平行于分支四中转动副29轴线方向，垂直于分支一、二、三中转动副轴线方向，垂直于动平台上导轨中心线方向。万向铰中离动平台最近的转动副轴线方向与分支一、三中圆柱副17转动副8、10、23、25，轴线方向平行万向铰中另一轴线方向垂直于定平面1；分支三中转动副17、23、25，轴线方向相互平行平行于定平面，垂直于转动副19、21轴线；分支四中移动副26中心线垂直于动平面且垂直于移动副28及转动副29；分支五中移动副30方向平行于移动副28平行于转动副32、33、34轴线。

Claims (1)

1.一种(1T2R)&(2T)五自由度解耦混联机构，其主要包括一个三分支并联机构(1T2R)和一个两分支并联机构(2T)，三分支并联机构由基座、动平台、以及连接基座和动平台的三个分支，两分支并联机构由动平台、机构末端、以及连接动平台和末端的两个分支组成。其特征在于：分支一由一个移动副和四个转动副以及连接它们的四个连杆组成，第一个连杆的一端通过转动副与定平台连接，前两个转动副轴线相互平行且垂直于定平面和移动副中心线，并垂直于随后两个轴线平行的转动副；分支二由一个移动副和一个万向铰以以及连接它们的连杆组成，万向铰的两个轴线与移动副移动方向垂直；分支三由一个圆柱副和四个转动副以及连接它们的四个连杆组成，连杆的一端通过圆柱副与基座连接，与基座连接圆柱副轴线平行于定平台，并与随后两个转动副轴线垂直，与动平台连接的转动副轴线平行于动平面并平行于紧邻的转动副轴线垂直于前两个轴线平行的移动副；分支四由两个移动副和一个转动副组成，第一个连杆的一端通过移动副与动平台连接且方向垂直于定平台，该第一个连杆的另一端通过移动副与第二个连杆连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与机器人末端连接，两移动方向相互垂直；分支五由一个移动副和三个转动副组成，第一个连杆的一端通过移动副与动平台连接且方向平行于三个转动副轴线方向，该连杆的另一端通过转动副与第二个连杆，第二个连杆的另一端与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过转动副与机器人末端连接。