[發(fā)明專利]轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和平動(dòng)運(yùn)動(dòng)單獨(dú)控制的空間六自由度機(jī)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210310892.6
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102848375A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王紅州
• 申請（專利權(quán)）人: 江西省機(jī)械科學(xué)研究所
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別是轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和平動(dòng)運(yùn)動(dòng)單獨(dú)控制的空間六自由度機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的六自由度機(jī)構(gòu)分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種類型。串聯(lián)式機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)靈活、工作空間大等優(yōu)點(diǎn)，但由于機(jī)構(gòu)是串聯(lián)連接且需要在關(guān)節(jié)處安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)而造成其具有機(jī)械臂重量大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、誤差累積大等不足。相對串聯(lián)機(jī)構(gòu)來講，并聯(lián)式機(jī)構(gòu)是由多條運(yùn)動(dòng)支鏈共同驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺來實(shí)現(xiàn)其末端執(zhí)行器的位姿輸出，因而此類機(jī)構(gòu)具有精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制困難等缺點(diǎn)。混聯(lián)式機(jī)構(gòu)是采用并聯(lián)與串聯(lián)結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，但由于其串聯(lián)部分仍需將驅(qū)動(dòng)安裝在機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)上，所以機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能較差。

US.Patent?No.4976582公開了一種可實(shí)現(xiàn)三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)空間四自由度機(jī)構(gòu)，該機(jī)械手采用外轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)和平行四邊形支鏈結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的高速3維平動(dòng)，同時(shí)還在動(dòng)靜平臺間設(shè)置兩端帶有虎克鉸鏈的可伸縮轉(zhuǎn)軸，以實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。此機(jī)構(gòu)是在三平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)上串聯(lián)一個(gè)單自由度機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)動(dòng)輸出從而實(shí)現(xiàn)空間四自由度運(yùn)動(dòng)，但發(fā)明人巧妙的將本應(yīng)在動(dòng)平臺上安裝的電機(jī)安裝在機(jī)架上。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)空間六自由度運(yùn)動(dòng)而首次將機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成三維平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上串聯(lián)三維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，且本機(jī)構(gòu)的六臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)全部安裝在機(jī)架上，平動(dòng)自由度與轉(zhuǎn)動(dòng)自由度可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。本發(fā)明解決了六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解困難，控制困難等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和平動(dòng)運(yùn)動(dòng)單獨(dú)控制的空間六自由度機(jī)構(gòu)，可解決六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)剛性差、慣量大、關(guān)節(jié)誤差累積等問題和六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解困難，控制困難等問題。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的：轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和平動(dòng)運(yùn)動(dòng)單獨(dú)控制的空間六自由度機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、第一運(yùn)動(dòng)支鏈、第二運(yùn)動(dòng)支鏈、第三運(yùn)動(dòng)支鏈、第四運(yùn)動(dòng)支鏈、第五運(yùn)動(dòng)支鏈、第六運(yùn)動(dòng)支鏈、平動(dòng)臺以及球面運(yùn)動(dòng)鏈。

所述第一運(yùn)動(dòng)支鏈由第一伺服電機(jī)、第一主動(dòng)桿、第一連桿和第二連桿組成，安裝在機(jī)架上的第一伺服電機(jī)通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)第一主動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)，第一主動(dòng)桿通過第一虎克鉸（或球面副）和第二虎克鉸（或球面副）帶動(dòng)第一連桿和第二連桿運(yùn)動(dòng)，第一連桿和第二連桿通過第三虎克鉸（或球面副）和第四虎克鉸（或球面副）帶動(dòng)平動(dòng)臺運(yùn)動(dòng)。

所述第二運(yùn)動(dòng)支鏈由第二伺服電機(jī)、第二主動(dòng)桿、第三連桿和第四連桿組成，安裝在機(jī)架上的第二伺服電機(jī)通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)第二主動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)，第二主動(dòng)桿通過第五虎克鉸（或球面副）和第六虎克鉸（或球面副）帶動(dòng)第三連桿和第四連桿運(yùn)動(dòng)，第三連桿和第四連桿通過第七虎克鉸（或球面副）和第八虎克鉸（或球面副）帶動(dòng)平動(dòng)臺運(yùn)動(dòng)。

所述第三運(yùn)動(dòng)支鏈由第三伺服電機(jī)、第三主動(dòng)桿、第五連桿和第六連桿組成，安裝在機(jī)架上的第三伺服電機(jī)通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)第三主動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)，第三主動(dòng)桿通過第九虎克鉸（或球面副）和第十虎克鉸（或球面副）帶動(dòng)第五連桿和第六連桿運(yùn)動(dòng)，第五連桿和第六連桿通過第十一虎克鉸（或球面副）和第十二虎克鉸（或球面副）帶動(dòng)平動(dòng)臺運(yùn)動(dòng)。

所述第一運(yùn)動(dòng)支鏈、第二運(yùn)動(dòng)支鏈和第三運(yùn)動(dòng)支鏈聯(lián)合驅(qū)動(dòng)平動(dòng)臺運(yùn)動(dòng)，所述平動(dòng)臺可實(shí)現(xiàn)空間三維平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。

所述第四運(yùn)動(dòng)支鏈由第四伺服電機(jī)、第七連桿和第八連桿、第一錐齒輪和第二錐齒輪組成，安裝在機(jī)架上的第四伺服電機(jī)通過第十三虎克鉸驅(qū)動(dòng)第七連桿運(yùn)動(dòng)，第七連桿通過第一移動(dòng)副與第八連桿連接并帶動(dòng)第八連桿運(yùn)動(dòng)，第八連桿另一端通過第十四虎克鉸帶動(dòng)第一錐齒輪運(yùn)動(dòng)，第一錐齒輪通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副與平動(dòng)臺連接且通過與第二錐齒輪嚙合帶動(dòng)第二錐齒輪運(yùn)動(dòng)，第二錐齒輪通過第五轉(zhuǎn)動(dòng)副與平動(dòng)臺連接。

所述第五運(yùn)動(dòng)支鏈由第五伺服電機(jī)、第九連桿和第十連桿、第三錐齒輪和第四錐齒輪組成，安裝在機(jī)架上的第五伺服電機(jī)通過第十五虎克鉸驅(qū)動(dòng)第九連桿運(yùn)動(dòng)，第九連桿通過第二移動(dòng)副與第十連桿連接并帶動(dòng)第十連桿運(yùn)動(dòng)，第十連桿另一端通過第十六虎克鉸帶動(dòng)第三錐齒輪運(yùn)動(dòng)，第三錐齒輪通過第六轉(zhuǎn)動(dòng)副與平動(dòng)臺連接且通過與第四錐齒輪嚙合帶動(dòng)第四錐齒輪運(yùn)動(dòng)，第四錐齒輪通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)副與平動(dòng)臺連接。

所述第六運(yùn)動(dòng)支鏈由第六伺服電機(jī)、第十一連桿和第十二連桿、第五錐齒輪和第六錐齒輪組成，安裝在機(jī)架上的第六伺服電機(jī)通過第十七虎克鉸驅(qū)動(dòng)第十一連桿運(yùn)動(dòng)，第十一連桿通過第三移動(dòng)副與第十二連桿連接并帶動(dòng)第十二連桿運(yùn)動(dòng)，第十二連桿另一端通過第十八虎克鉸帶動(dòng)第五錐齒輪運(yùn)動(dòng)，第五錐齒輪通過第八轉(zhuǎn)動(dòng)副與平動(dòng)臺連接且通過與第六錐齒輪嚙合帶動(dòng)第六錐齒輪運(yùn)動(dòng)，第六錐齒輪通過第九轉(zhuǎn)動(dòng)副與平動(dòng)臺連接。