[發明專利]一種冗余并聯機器人系統

無效

• 申請號: 201010178786.8
• 申請日: 2010-05-17
• 公開（公告）號: CN101844349A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 李鐵民;劉辛軍;唐曉強;徐博強;吳軍;劉大煒
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J13/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種機器人系統，特別是關于一種冗余并聯機器人系統。

背景技術

并聯機構作為一種新興的機械結構，自其產生以來就展現出很強的生命力。由于其擁有許多相對于傳統串聯機構的優越性，因此已經被廣泛應用于機床設計、虛擬現實及機械裝備等眾多領域。目前，機器人系統中，3RRR(三支鏈)并聯機構已經被國內外很多學者所廣泛研究。雖然3RRR并聯機構有很多優點，但其在實際應用中，被其本身固有的缺點所嚴重限制。在這些缺點中，強非線性導致的奇異位型眾多尤為突出。它導致機器人在奇異位型附近剛度過低，甚至使整個機器人系統因喪失自由度，而處于失控狀態。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種可克服機器人處于奇異位型附近剛度差和機構失控等缺點的冗余并聯機器人系統。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種冗余并聯機器人系統，其特征在于：它包括一靜平臺，所述靜平臺上固定設置有四個驅動電機，四個所述驅動電機共同連接一控制器，每一所述驅動電機各固定連接一主動桿，每一所述主動桿的另一端分別通過一旋轉副連接一從動桿，形成一條支鏈，每一所述從動桿的另一端分別固定連接一傳感器，每一所述傳感器分別通過一旋轉副共同連接一動平臺。

所述四個驅動電機的位置連線呈正方形。

每一所述驅動電機具有位置控制和力控制兩種模式。

四個所述主動桿和從動桿形成的四條支鏈處于同一水平面。

四個所述主動桿和從動桿形成的四條支鏈處于異面。

所述驅動電機為伺服電機和步進電機中的一中。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明在3RRR并聯機器人的基礎上，再引入一條冗余支鏈，采用力冗余并聯機器人為機構，通過冗余支鏈驅動，幫助避開機械運行軌跡的奇異位型，并幫助優化機床內力分布，克服了3RRR并聯機構處于奇異位型附近剛度差和機構失控的缺點，同時還提高了機器人的運動速度、剛度以及定位精度，進而提高了設備的加工速度與運動速度。2、本發明由于設置四個驅動電機，每一電機驅動一主動桿，每一主動桿連接一從動桿，每一從動桿的另一端設置一用來測量從動桿內力的傳感器，四個傳感器共同連接一動平臺，因此，在加工過程中，可通過傳感器把桿件內力和振動信息實時反饋到控制器，從而，進一步優化了機器人的工作性能。3、本發明由于設置有一控制器，控制器可將驅動電機和傳感器輸出的信息進行運算，確定一系列控制策略，對冗余支鏈進行選擇，從而實現了機器人工作的高精度、高速度和高實時性。本發明結構簡單，工作空間大，剛度好，動態性能優良，可以用于制作機械手、機床和研究力控制的實驗平臺等多種機械裝備，因此，在機械加工、裝配和機械動力學科學研究等領域有著廣泛的應用前景和開發潛力。

附圖說明

圖1是本發明系統結構示意圖

圖2是本發明其中一條支鏈的結構示意圖

圖3是本發明的工作流程示意圖

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。

如圖1、圖2所示，本發明包括一靜平臺1，靜平臺1上固定設置有四個驅動電機2，每一驅動電機2各固定連接一主動桿3，每一主動桿3的另一端分別通過一旋轉副連接一從動桿4，形成一條支鏈，每一從動桿4的另一端分別通過螺釘固定連接一傳感器5，每一傳感器5各通過一旋轉副共同連接在一動平臺6上。四個驅動電機2和四個傳感器5電連接同一控制器(圖中未示出)。每一驅動電機2都具有位置控制和力控制兩種模式，并且可以向控制器輸出各自的位置信號、角度信號和力矩信號，從而可以控制與其連接的主動桿3的角位移。傳感器5可以測量與其連接的從動桿4的徑向拉壓力與振動信息。

上述實施例中，四個驅動電機2的位置連線可以是各種形狀，優選正方形，因為當四個驅動電機2的位置連線呈正方形時，系統呈對稱分布，可以在一定程度上擴大無奇異的工作空間，控制簡單方便。

上述實施例中，四條支鏈可以不在同一平面上，也可以在同一平面上，當四條支鏈處于同一水平面時，動平臺6受力均勻，但是由于各支鏈中桿件的干涉，動平臺6的工作空間會相對較小。當四條支鏈處于不同的平面，例如，對角的支鏈處于同一平面，而相鄰的支鏈處于不同平面時，動平臺6的工作空間會大幅增加，但是由于動平臺6的作用力不在同一平面，會產生一個傾覆力矩，在有些情況下會導致動平臺6略微傾斜，影響機床精度。

在對某一工件的加工過程中，將工件放置在動平臺6上，通過控制四個驅動電機2的轉動，從而控制動平臺6的兩自由度移動與一自由度轉動。