[發(fā)明專利]解耦的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910054381.0
• 申請日: 2009-07-03
• 公開（公告）號: CN101590650A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊建國;李蓓智;張帆
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務所
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)機器人領(lǐng)域，特別是涉及用于機器人的腕、肩、腰部關(guān)節(jié)的解耦的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機構(gòu)。?

背景技術(shù)

工業(yè)機器人通常由機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和智能系統(tǒng)三個部分組成。機械系統(tǒng)又分為執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)，其中執(zhí)行機構(gòu)一般由手部、腕部、臂部、腰部和機架組成。機器人腕部(即手腕)是臂部與手部的連接部件，是機器人的調(diào)節(jié)機構(gòu)，是工業(yè)機器人操作機中最為復雜的部件。手腕按自由度個數(shù)可分為單自由度手腕、兩自由度手腕和三自由度手腕。手腕處于手臂末端，要求其結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；為了使手腕處于空間任意方向，靈活自如地實現(xiàn)各種作業(yè)，腕部最好具有三個俯仰、偏轉(zhuǎn)、擺動自由度。?

當機器手腕實現(xiàn)三個自由度時，公知的方法是采用類似文獻[Arthur?J.Critchlow，″Introduction?to?Robotics″Mscmillan?Publishing?Comp，New?York，1986，p.70]中的手腕機構(gòu)。此時驅(qū)動手腕三個自由度的電機都安裝在機器人上臂后端，然后通過中央軸、內(nèi)層套筒和外層套筒，實現(xiàn)手腕的三個自由度。顯然這種三層套筒軸傳動方式的復雜性限制了6自由度機器人的普及。近年來隨著元器件的小型化，尤其是電機功率/重量比地提高，出現(xiàn)了使電機更加靠近被驅(qū)動關(guān)節(jié)，日本安川公司(YASKAWA?Electric?Mfg.Co.Ltd)的機器人Motoman?KS(All-Electric?Industrial?robot，YASKAWA，Japan)系統(tǒng)中采用的手腕結(jié)構(gòu)是其中的代表。它采用齒輪傳動實現(xiàn)三個轉(zhuǎn)動自由度。但是齒輪傳動容易磨損、傳動精度較低，要精密、小巧的成本很高，對工作空間狹窄的應用難以實現(xiàn)。?

隨著并聯(lián)機構(gòu)的出現(xiàn)，能實現(xiàn)三個轉(zhuǎn)動自由度的并聯(lián)機構(gòu)開始應用于機器人腕關(guān)節(jié)。與串聯(lián)結(jié)構(gòu)的球面轉(zhuǎn)動機構(gòu)相比，并聯(lián)球面轉(zhuǎn)動機構(gòu)的腕關(guān)節(jié)剛度大、運動響應快，單位體積能承受更大的載荷，特別適合用于機器人的腕、肩、腰部關(guān)節(jié)[杭魯濱，王彥，吳俊等.基于拓撲解耦準則的球面并聯(lián)機構(gòu)解耦條件研究[J].機械工程學報，2005，Vol.41，No.9：pp28-32]。運動解耦并聯(lián)機器人是指輸出運動的任一個自由度都僅依賴單個驅(qū)動單元，其他驅(qū)動單元動作不對此自由度產(chǎn)生影響。中國專利文獻CN03258423.7文獻報道的“基于球面機構(gòu)的太陽跟蹤裝置”中采用了三自由度球面機構(gòu)，但它的三個轉(zhuǎn)動完全耦合，即不能解耦；導致并聯(lián)機構(gòu)控制復雜，標定困難，且制約了精度的提高。美國專利US00596699IA提出的二自由度球面機構(gòu)也只能在初始位置瞬時解耦，其他位置不能解耦。文獻[杭魯濱，王彥，吳俊等.基于拓撲解耦準則的球面并聯(lián)機構(gòu)解耦條件研究[J].機?械工程學報，2005，Vol.41，No.9：pp28-32]提出了一種部分解耦的3-RRR球面轉(zhuǎn)動機構(gòu)，但由于位姿參數(shù)仍然存在弱耦合，控制一個姿態(tài)參數(shù)會同時導致其他姿態(tài)參數(shù)變化。有關(guān)可以解耦的三自由度球面機構(gòu)文獻發(fā)明目前尚未檢索到。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有剛度大、運動響應快、結(jié)構(gòu)簡單、控制容易、運動精度高、成本較低等特點的解耦的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機構(gòu)。?

一種解耦的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機構(gòu)，由機架、動平臺和固連在機架和動平臺之間的第一運動支鏈、第二運動支鏈、第三運動支鏈組成，所述第一運動支鏈包括Z軸轉(zhuǎn)動副、X軸轉(zhuǎn)動副、Y軸轉(zhuǎn)動副，所述第二運動支鏈包括第一球鉸鏈、第一移動副、第二球鉸鏈，所述第三運動支鏈包括第三球鉸鏈、第二移動副、第四球鉸鏈，所述的Z軸轉(zhuǎn)動副、第一球鉸鏈、第三球鉸鏈安裝在機架上，第一運動支鏈的三個轉(zhuǎn)動副軸線匯交于平臺的中心點，第二球鉸鏈、第四球鉸鏈和動平臺相連，第二球鉸鏈的球心、第四球鉸鏈的球心、動平臺中心成直角三角形，且動平臺中心為直角頂點。?

有益效果?

本發(fā)明所述的運動解耦球面轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)僅含有少量運動副，并且所有驅(qū)動電機都可以安裝在機架上，因而具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、轉(zhuǎn)動慣量小，運動響應快的優(yōu)點；同時本發(fā)明所述的球面轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)運動線性解耦解耦，標定容易，控制簡單，從而降低了開發(fā)成本。?

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。?

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。?

實施例1?