[發明專利]一種平面兩自由度冗余驅動柔順關節并聯機器人實驗裝置

無效

• 申請號: 201310453104.3
• 申請日: 2013-09-28
• 公開（公告）號: CN103507065A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 田浩;余躍慶
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J17/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明公開了一種具有柔順關節的冗余驅動并聯機器人實驗裝置，涉及并聯機器人實驗領域，尤其涉及了一種平面兩自由度冗余驅動柔順關節并聯機器人實驗裝置。

背景技術

并聯機器人是一種具有閉鏈結構的機器人，在機構學上具有運動慣量低、負載承載能力強、剛度大等優點，彌補了傳統工業機器人的不足，在工業領域得到了廣泛的應用。柔順機構是一種利用構件自身變形來實現運動、力和能量的傳遞和轉換的新型機構。柔順關節是應用柔順機構理論而產生的一種新型運動副，這種運動副通過關節自身的彈性變形來傳遞相鄰構件間的運動。柔順關節機器人是一種使用柔順關節取代傳統運動副而形成的新型機器人，由于不含有傳統運動副，可以從根本上解決傳統運動副所帶來的間隙、摩擦、磨損、沖擊和潤滑等問題，提高了機器人系統的整體性能。應用并聯機器人技術、微納米技術和柔順關節技術的相關研究成果，通過將柔順機構與并聯機器人相結合而形成的并聯微操作機器人是一個新興的研究領域，其研究成果已經在細胞與基因操作、精密外科手術、微電子裝配、微細加工、光纖對接等領域得到了應用，引起了國內外科學家和工程師的廣泛關注。

平面五桿并聯機器人是一種兩自由度并聯機器人，機械結構由五根連桿組成，其中一根桿作為機架，與機架相連的兩桿作為主動桿，其余兩桿為從動桿。此類機器人因為結構簡單、易于控制，已經在工業領域得到了廣泛應用。為了克服平面五桿并聯機器人在工作空間、力矩傳遞以及剛度等方面的局限性，可以在機器人系統中增加一個串聯分支同時增加一組驅動器，構成平面兩自由度冗余驅動并聯機器人。此類機器人可以減小工作空間內的奇異性，改善力矩傳遞性能，同時提高承載能力和剛度，能夠有效完成平面上點的定位以及軌跡跟蹤。傳統設計中，兩自由度冗余驅動并聯機器人通過剛性運動副來傳遞力和運動，如果將柔順關節應用于此類并聯機器人中，取代剛性運動副進行傳動，那么將進一步提高機器人的性能。基于以上分析，本發明提出一種平面兩自由度冗余驅動柔順關節并聯機器人實驗裝置，該裝置對于開展平面兩自由度冗余驅動柔順關節并聯機器人的運動學和動力學性能研究非常有益。

發明內容

本發明的目的在于提出一種平面兩自由度冗余驅動柔順關節并聯機器人實驗裝置，該裝置由基座、驅動副、主動桿、柔順關節、從動桿、剛性轉動副、減速器、伺服電機組成，該實驗裝置對于深入開展平面兩自由度冗余驅動柔順關節并聯機器人的運動學和動力學性能研究非常有幫助。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種平面兩自由度冗余驅動柔順關節并聯機器人實驗裝置，其中，實驗裝置的機械結構由基座、剛性轉動副和與二者相連的三條結構相同的運動支鏈以及三組結構相同的驅動部分組成；運動支鏈包含主動桿、柔順關節和從動桿；驅動部分包含驅動副、減速器和伺服電機；運動支鏈中，主動桿一端與驅動副連接，另一端通過柔順關節與從動桿連接，三個運動支鏈的從動桿通過剛性轉動副連接；其中主動桿與驅動副，柔順關節與主動桿和從動桿，從動桿與剛性轉動副之間為螺栓連接；驅動部分中，伺服電機一端通過螺栓連接固定在基座上，另一端與減速器連接，減速器的另一端與驅動副連接。實驗裝置工作時，各組驅動部分中的伺服電機將控制力矩經過減速器傳遞給驅動副，驅動副帶動主動桿，主動桿通過柔順關節帶動從動桿，從動桿末端的剛性轉動副可以完成給定的工作任務。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、利用柔順關節取代傳統運動副實現并聯機器人的運動，減少了傳統運動副的缺點對機器人系統性能的影響并夯實了機器人控制策略的理論基礎。

2、通過對此類具有柔順關節的并聯機器人的研究和探索，可以形成一個新的研究方向，有利于此類機器人系統性能的提高。

3、本發明的實驗裝置結構簡單、操作容易、成本低，有利于實際應用。

附圖說明

圖1為平面兩自由度冗余驅動柔順關節并聯機器人機械結構俯視圖。

圖2為平面兩自由度冗余驅動柔順關節并聯機器人機械結構主視圖。

圖中：1、基座2、驅動副3、主動桿4、柔順關節5、從動桿6、剛性轉動副7、減速器8、伺服電機。

具體實施方式

以下將結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。