[發(fā)明專利]一種2T&(2R)四自由度解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510032672.5
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104626119A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹毅;秦友蕾;賁素東;單春成
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 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

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種空間解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

如今廣泛使用的工業(yè)機(jī)器人大都是一個似人手臂的機(jī)電系統(tǒng)，因而也稱串聯(lián)機(jī)器人。其工作空間大，適用范圍廣，典型的如斯坦福機(jī)器人、PUMA機(jī)器人。串聯(lián)機(jī)器人需在各關(guān)節(jié)上設(shè)置驅(qū)動裝置，故各動臂的運(yùn)動慣量較大，因而不宜實(shí)現(xiàn)高速或超高速操作。并聯(lián)結(jié)構(gòu)與串聯(lián)的懸臂梁相比，運(yùn)動部分重量輕、速度高、動態(tài)性能好，容易取得運(yùn)動學(xué)反解，如3DOF平移Delta機(jī)構(gòu)。但目前的并聯(lián)機(jī)構(gòu)普遍存在工作空間小、結(jié)構(gòu)尺寸偏大、傳動環(huán)節(jié)過多等缺陷，影響了其運(yùn)用。混聯(lián)機(jī)器人同時兼具串聯(lián)機(jī)器，并聯(lián)機(jī)器人各自的優(yōu)點(diǎn)，同時又能避免單純串、并聯(lián)構(gòu)型缺點(diǎn)，在現(xiàn)代制造業(yè)中更具有實(shí)用性。

由于混聯(lián)機(jī)器人包涵并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在運(yùn)動耦合性強(qiáng)的問題。混聯(lián)機(jī)器人耦合性的存在使得機(jī)構(gòu)在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算分析和運(yùn)動控制等方面存在著諸多問題。因此，為簡化混聯(lián)機(jī)器人的控制過程，提高混聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦性已經(jīng)成為機(jī)構(gòu)學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。

對于兩個轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦性研究取得一些進(jìn)展，例如，中國專利文獻(xiàn)CN103624559A提出了一組兩自由度轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，在四自由度混聯(lián)機(jī)器人研究中中國專利CN?103419192?A提出了一種四自由度混聯(lián)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)沿X，Y，Z軸的3個平動自由度和1個繞Z軸轉(zhuǎn)動自由度。上述發(fā)明機(jī)構(gòu)雖然混聯(lián)機(jī)構(gòu)動平臺能實(shí)現(xiàn)四自由度運(yùn)動，但是該類大部分機(jī)構(gòu)的解耦性并沒有很好解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、運(yùn)動解耦的兩移兩轉(zhuǎn)四自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)。主要包括一個三分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)(2R)和連接在并聯(lián)機(jī)構(gòu)動平臺上的串聯(lián)分支2T。三分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)由動平臺、上平臺、以及連接動平臺和上平臺的三個分支組成。串聯(lián)分支2T是由兩個移動副以及連接它們的底平臺組成。分支一是由一個圓柱副和兩個軸線相互垂直的轉(zhuǎn)動副，以及連接它們的兩個連桿組成；分支二由一個移動副和兩個球面副組成；分支三由一個一個平行四邊形鉸鏈和三個轉(zhuǎn)動副以及連接它們之間的三個連桿組成。

串聯(lián)分支2T中底平臺通過移動副與固定導(dǎo)軌連接，底平臺上方通過移動副與動平臺連接；分支一中第一連桿的一端通過軸線平行于動平臺的圓柱副與動平臺上圓柱導(dǎo)軌連接，連桿另一端通過軸線垂直于動平臺的轉(zhuǎn)動副與第二個連桿連接，第二個連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與上平臺連接；分支二中，第一個連桿通過球面副與動平臺連接，連桿的另一端通過移動副與第二個連桿連接，第二個連桿的另一端通過球面副與上平臺連接；分支三中平行四邊形鉸鏈一端與動平臺連接，該平行四邊形鉸鏈另一端與第一個連桿連接，第一個連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第二個連桿連接，第二個連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副第三個連桿連接，第三個連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與上平臺連接。

上述串聯(lián)分支2T中兩個移動副分別為輸入驅(qū)動，在移動副的驅(qū)動下分支一發(fā)生移動，分支移動帶動混聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺發(fā)生移動；上述分支一中與動平臺連接圓柱副為輸入驅(qū)動，在圓柱副的驅(qū)動下第一個連桿發(fā)生轉(zhuǎn)動，第一個連桿轉(zhuǎn)動帶動第二個連桿轉(zhuǎn)動，第二個連桿轉(zhuǎn)動帶動機(jī)構(gòu)上平臺發(fā)生轉(zhuǎn)動；分支三中與上平臺連接的轉(zhuǎn)動副為輸入驅(qū)動，上平臺在轉(zhuǎn)動副的驅(qū)動下發(fā)生轉(zhuǎn)動，這兩個方向的兩個轉(zhuǎn)動和兩個移動運(yùn)動是解耦的，互不干涉。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、串聯(lián)2T部分可以實(shí)現(xiàn)定位并聯(lián)機(jī)構(gòu)(2R)可以用于位姿的調(diào)整；

2、實(shí)現(xiàn)了空間兩個移動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度解耦；

3、具有較大的運(yùn)動空間尤其是沿滑槽方向的移動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖。

圖2整體示意結(jié)構(gòu)簡圖。

具體實(shí)施方式

在圖2所示的一種兩移兩轉(zhuǎn)四自由度解耦空間混聯(lián)機(jī)構(gòu)示意圖中，固定導(dǎo)軌1通過移動副2與底平臺3上滑槽連接，底平臺3上方滑槽4通過移動副17與動平臺5連接；分支一中第一連桿8的一端通過軸線平行于動平臺的圓柱副7與動平臺5上圓柱導(dǎo)軌6連接，連桿8另一端通過轉(zhuǎn)動副9與第二個連桿10連接，第二個連桿10的另一端通過轉(zhuǎn)動副11與上平臺25連接；分支二中，第一個連桿13通過球面副12與動平臺5連接，連桿13的另一端通過移動副14與第二個連桿15連接，第二個連桿15的另一端通過球面副16與上平臺25連接；分支三中平行四邊形鉸鏈18一端與動平臺5連接，該平行四邊形鉸鏈18另一端與第一個連桿19連接，第一個連桿19另一端通過轉(zhuǎn)動副20與第二個連桿21連接，第二個連桿21另一端通過轉(zhuǎn)動副22第三個連桿23連接，第三個連桿23的另一端通過轉(zhuǎn)動副24與上平臺25連接。

移動副2的中心線平行于底平臺3，移動副17的中心線平行于底平臺3且垂直于移動副2的中心線；分支一中的與動平臺連接的圓柱副7的軸線平行于動平臺5和移動副2的中心線，轉(zhuǎn)動副9的軸線垂直于動平臺，轉(zhuǎn)動副11的軸線平行于動平臺5和移動副17的中心線垂直于轉(zhuǎn)動副9的軸線、圓柱副7的軸線；分支二中，移動副14中心線平行于球面副12、16球心的連線，分支三中平行四邊形鉸鏈18的軸線平行于圓柱副7的軸線，轉(zhuǎn)動副20、22的軸線相互平行且平行于鉸鏈18的軸線和移動副2的中心線，轉(zhuǎn)動副24軸線與分支一中轉(zhuǎn)動副11軸線同軸垂直于轉(zhuǎn)動副20、22軸線平行于動平臺5。