[發明專利]一種2R1T三自由度冗余驅動并聯機構及其工作方法

有效

• 申請號: 201711297434.2
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107838909B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 張俊;湯騰飛;詹鵬飛;方漢良
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種2R1T三自由度冗余驅動并聯機構，包括運動平臺、靜平臺、第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈以及第四支鏈，所述運動平臺經第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈以及第四支鏈與靜平臺連接在一起，所述第一支鏈為UPR型運動支鏈，所述第二支鏈為UPR型運動支鏈，所述第三支鏈為RPS型運動支鏈，所述第四支鏈為RPU型運動支鏈。本發明通過合理的結構設計和結構優化，使機構具有工作空間大、高承載能力、高剛度以及高精度的特點，不僅可以作為獨立運動模塊實現2R1T動作，亦可通過串接不同形式的末端執行器實現多種作業，在高速、精密以及高剛度加工領域都有著廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種2R1T三自由度冗余驅動并聯機構及其工作方法。

背景技術

并聯機器人機構是由運動副和構件按一定的方式連接而成的閉環機構。組成并聯機器人機構的運動副可分為簡單運動副和復合運動副兩大類。常見的簡單運動副有：轉動副R(revolute pair)、移動副P(prismatic pair)、螺旋副H(helix pair)、圓柱副C(cylinder pair)、球面副S(spherical pair)、萬向鉸或虎克鉸U(universa Uoint)。少自由度并聯機構，特別是具有兩轉動一平動(2R1T)的三自由度并聯機構，憑借其結構簡單、緊湊、易于實現控制以及制造成本相對較低等優點，已然成為機器人領域的一大研究熱點。鑒于2R1T并聯機構所具有良好的定位精度、結構剛度、加工性能以及動力學性能，大量的五自由度混聯機器人采用了這類機構串接具有兩自由度轉動頭或兩自由度x-y移動平臺的設計方案，其中最具代表性的有：專利WO2006054935中提出的Exechon機構、專利US4732525中提出的Tricept機構、專利CN1524662A中提出的TriVariant機構等。

在這些2R1T并聯機構中，相比于無冗余驅動并聯機構，冗余驅動并聯機構具有消除奇異點、提高機構剛度和靈巧度的優點。一般來說，并聯機構具有兩類冗余驅動：(1)變被動關節為主動關節；(2)增加一些不改變機構自由度的主動支鏈。鑒于后者能更顯著提高機構的剛度，改善機構的受力分布，越來越多的研究人員將目光投向了這類既能滿足所需運動形式，而且具有良好機構性能的冗余驅動并聯機構。現有機構中，專利CN106965153中提出了一種驅動冗余的并聯機床本體、專利CN107127738A中提出了剛柔混合線解耦變剛度的可重構冗余驅動廣義并聯機構。在這幾類機構中，機構較為復雜，而且運動構件數較多，維護成本高，操作復雜、繁瑣。

發明內容

鑒于現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種2R1T三自由度冗余驅動并聯機構及其工作方法，不僅結構簡單，而且便捷高效。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種2R1T三自由度冗余驅動并聯機構，包括運動平臺、靜平臺、第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈以及第四支鏈，所述運動平臺經第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈以及第四支鏈與靜平臺連接在一起，所述第一支鏈為UPR型運動支鏈，所述第二支鏈為UPR型運動支鏈，所述第三支鏈為RPS型運動支鏈，所述第四支鏈為RPU型運動支鏈。

優選的，所述第一支鏈包含第一虎克鉸、第一移動副以及第一轉動副，所述第一虎克鉸與靜平臺相連接，所述第一移動副作為機構的主動運動副，所述第一轉動副與運動平臺相連接。

優選的，所述第二支鏈包含第二虎克鉸、第二移動副以及第二轉動副，所述第二虎克鉸與靜平臺相連接，所述第二移動副作為機構的主動運動副，所述第二轉動副與運動平臺相連接。

優選的，所述第三支鏈包含第三轉動副、第三移動副以及球副，所述第三轉動副與靜平臺相連接，所述第三移動副作為機構的主動運動副，所述球副與運動平臺相連接。

優選的，所述第四支鏈包含第四轉動副、第四移動副以及第三虎克鉸，所述第四轉動副與靜平臺相連接，所述第四移動副作為機構的主動運動副，所述第三虎克鉸與運動平臺相連接。