[發明專利]一種兩移動一轉動解耦并聯機器人機構

有效

• 申請號: 201410197867.0
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN104002298A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 曾達幸;蘇永林;胡志濤;岳曉博
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術領域

本發明屬于機器人領域，特別涉及一種空間并聯機構。

背景技術

并聯機構一般由動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，使機構具有兩個或兩個以上的自由度，且以并聯方式驅動的一種閉環機構。與串聯機構相比，并聯機構具有承載力大、剛度高、運動速度快、累積誤差小、動力學性能好等優點。

由于結構的限制，同時并聯機構也有強耦合的特點。并聯機構強耦合性的存在使得機構在機構設計、計算分析和運動控制等方面存在著諸多問題，如正解運動學問題變得非常困難，相應的動力學模型也非常復雜，從而限制了一些控制方法的應用。因此，為簡化并聯機構的控制過程，提高并聯機構的解耦性已經成為機構學研究領域的熱點問題。

國內學者在兩移一轉三自由度并聯機構解耦性研究中取得一些進展，例如，中國專利文獻CN102688853A提出了一種三自由度并聯機構茶葉篩分機，該機構的三條振動鏈互不干涉，完全解耦，提高了茶葉的篩分效率；中國專利公開號為CN102431027A提出一種兩移一轉三自由度解耦空間并聯機構，該機構的三個自由度運動完全解耦，并且兩個移動自由度的方向與定平臺平面平行，而轉動自由度的軸線與定平臺平面垂直。此外，中國專利文獻CN102922310A也提出了一種2T1R三自由度空間并聯機構。上述發明機構解耦性或者得到部分解決，或者機構中含有球副且移動副較多等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種運動完全解耦、結構簡單、易于控制的兩移動一轉動解耦并聯機器人機構。

本發明包括定平臺、動平臺以及連接這兩個平臺的三個分支，定平臺的對邊各設有一個圓柱副，兩圓柱副的中心線平行且均與定平臺底面平行，動平臺為三角形結構；三個分支中，兩個分支結構完全相同，即均由一個圓柱副和兩個轉動副以及連接它們的兩個連桿組成；另一分支由四個轉動副和連接它們的三個連桿組成。

其中，結構完全相同的兩個分支中的第一連桿的一端通過圓柱副與定平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉動副與第二連桿的一端連接，該第二連桿的另一端通過轉動副與動平臺連接；另一分支中的第一連桿通過轉動副與定平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉動副與第二連桿的一端連接，該第二連桿的另一端通過轉動副與第三連桿的一端連接，該第三連桿的另一端通過轉動副與動平臺連接。

結構完全相同的兩個分支中的三個運動副的軸線平行，且均與定平臺和動平臺平行；另一分支中與定平臺連接的轉動副與其它三個轉動副的軸線垂直，且均與定平臺和動平臺平行。

上述三個分支中，結構完全相同的兩個分支分別與定平臺連接的兩個運動副為各分支的輸入運動副，其中，一個為移動輸入，另一個為轉動輸入；另一分支中與定平臺連接的轉動副為該分支的輸入運動副。三個輸入運動副的軸線平行，結構完全相同兩個分支的輸入圓柱副對稱分布于另一分支的輸入轉動副兩側；兩個相同分支與動平臺連接的兩個轉動副的軸線平行，且與另一分支與動平臺連接的轉動副軸線垂直。

上述結構完全相同的兩個分支中，第一連桿在圓柱副的驅動下發生移動，并帶動第二連桿發生移動，第二連桿的移動帶動動平臺發生移動；另一分支中，第一連桿在第一轉動副驅動下發生轉動，并帶動第二連桿發生轉動，第二連桿又帶動第三連桿發生轉動，最終經第三連桿的轉動帶動動平臺發生轉動；且這三個方向的兩個移動和一個轉動運動是解耦的，互不干涉。

上述結構完全相同的兩個分支中與定平臺連接的圓柱副能夠用一個轉動副和一個移動方向與轉動副軸線相同的移動副代替；另一分支中與定平臺連接最近的兩個轉動副能夠用虎克鉸代替。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、結構簡單，驅動元件少,制造成本低；

2、實現了空間兩個移動自由度和一個轉動自由度完全解耦；

3、所有輸入運動副全部與定平臺相連，這樣減少了桿件的負載，具有良好的運動性和較高的反應速度。

附圖說明

圖1是本發明的立體示意簡圖。

具體實施方式