[發明專利]一種驅動方式可變的連桿支鏈及含該支鏈的并聯機構

有效

• 申請號: 201711449714.0
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108127686B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 邵珠峰;張兆坤;王立平;唐曉強;鄧豪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02;B25J9/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明公開了一種驅動方式可變的連桿支鏈及含該支鏈的并聯機構，包括支撐單元、驅動單元、驅動模式切換單元和平行四邊形支鏈，其中支撐單元包括支撐板和軸承座，用于安裝其余單元，驅動單元由伺服電機、電機罩和中心軸組成，驅動切換單元包括兩組電磁離合器和兩組電磁制動器，平行四邊形支鏈包含上連桿、下連桿、輔助桿和輸出桿；通過改變電磁離合器和制動器的狀態可改變伺服電機驅動力矩和反作用力矩作用的位置，實現對平行四邊形支鏈中不同桿件的驅動，可實現三種驅動模式及其切換；本發明通過切換機構驅動模式來提高機構性能，在不改變構型，不添加冗余驅動的條件下提升機構在工作空間內的運動和力的傳遞性能，結構簡單，易于控制。

技術領域

本發明涉及機構學與并聯機器人領域，特別涉及一種驅動方式可變的連桿支鏈及含該支鏈的并聯機構。

背景技術

并聯機構是串聯機構的互補構型，被廣泛的應用于工業生產中。并聯機構一般由靜平臺、動平臺和連接兩平臺的兩組或多組運動支鏈組成。并聯機構的典型結構特點是具有多支鏈閉環結構，導致其關節數目(包括主動和被關節)遠大于其終端自由度數目，存在多種可選的驅動關節配置方式。驅動模式的選擇和改變，將影響并聯機構的性能，尤其是工作空間內的奇異性。通過變驅動方式合理優化配置主被動關節是改善機構性能的一種潛在途徑。

傳統的驅動關節選擇通常考慮降低運動部件質量和慣量的需求，將與靜平臺相連的轉動關節或移動關節作為驅動關節。但是這種固定的選擇方式存在著構型一定時，機構運動性能無法根據不同任務的要求而改變的問題。另外，并聯機構工作空間中往往存在眾多奇異點和奇異軌跡，奇異軌跡將工作空間劃分成不同的非奇異子區域，實際工作時機構動平臺只能在某個子區域內工作，而無法跨過奇異軌跡到達另一個工作區域，這大大降低了工作空間的利用效率。為克服奇異問題，目前主要的方法是采用冗余驅動，如專利CN104526685A所提出的含平行四邊形支鏈的冗余驅動平面二自由度并聯機械手，將5R機構一級連桿替換為平行四邊形，通過四個電機連接可實現冗余驅動。但是添加額外的驅動電機和運動鏈，導致成本增加，冗余驅動同時引入了復雜的控制問題，使得系統控制難度增大。該發明通過控制驅動電機組合也可以得到其他控制模式，但是一旦選定某種模式后在機構運行過程中無法在線切換，只能通過停機后切換電機的連接方式從而利用另一種控制模式進行控制，無法實現實時驅動模式改變和性能提升。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種驅動方式可變的連桿支鏈及含該支鏈的并聯機構，通過電磁離合器和電磁制動器切換機構的驅動模式，在不需要改變機構構型、不添加冗余驅動的條件下通過變驅動實現機構性能的提升，控制簡單。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種驅動方式可變的連桿支鏈，包括支撐單元、驅動單元、驅動模式切換單元和平行四邊形支鏈。

所述支撐單元包括支撐板和軸承座，軸承座用于安裝驅動單元和驅動模式切換單元。所述驅動單元由伺服電機、電機罩和中心轉軸組成，伺服電機外殼體與電機罩固結，電機罩實現與支撐板或下連桿的聯接，電機輸出軸通過聯軸器與中心轉軸連接，中心轉軸實現與下連桿或上連桿的聯接。所述驅動模式切換單元由驅動切換器件組成，驅動切換器件采用若干組電磁離合器或電磁制動器。所述平行四邊形支鏈包含上連桿、下連桿、輔助桿和輸出桿，四根桿件連接形成平行四邊形，其中上連桿與輸出桿平行，下連桿與輔助桿平行且二者長度相等。下連桿一端連接驅動單元，一端連接輸出桿，上連桿一端連接驅動單元，一端連接輔助桿，輔助桿一端連接上連桿，一端連接輸出桿，輸出桿末端通過運動副連接動平臺。

驅動單元與驅動模式切換單元同軸串聯安裝在支撐單元上，平行四邊形支鏈一端與驅動單元和驅動模式切換單元連接，另一端向外輸出，用于連接末端執行器。

優選地，一種變驅動連桿支鏈的驅動切換器件采用兩組電磁離合器，兩組電磁制動器。