[發(fā)明專利]一種可變工作空間冗余驅(qū)動4UPU-R并聯(lián)機(jī)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810562162.2
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108656086B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李典;郭盛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 北京衛(wèi)平智業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11392
• 代理人: 謝建玲;郝亮

本發(fā)明涉及一種可變工作空間4UPU?R并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可實現(xiàn)無奇異區(qū)域的純平動工作空間。包括固定平臺、運(yùn)動平臺以及四條連接動/定平臺的UPU運(yùn)動支鏈。運(yùn)動支鏈由上至下依次為萬向副、移動副、萬向副。該機(jī)構(gòu)具有沿X、Y、Z向的純平動行程，通過冗余驅(qū)動支鏈的使用，可以實現(xiàn)工作空間內(nèi)部無奇異的目的。四條運(yùn)動支鏈的結(jié)構(gòu)相同，呈長方形頂點(diǎn)區(qū)域布置。動/定平臺采用非傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)，加入中心轉(zhuǎn)動副，使對側(cè)運(yùn)動支鏈所組成平面的角度可改變。上下中心轉(zhuǎn)動副的驅(qū)動參數(shù)完全相同，即對側(cè)運(yùn)動支鏈上下端萬向副中心連線相互平行。本發(fā)明提出的具有變工作空間特性的冗余驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有靈活性高、奇異特性好、剛度高的特點(diǎn)，能夠適用于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)線箱體分揀，3D打印等多任務(wù)要求環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可變工作空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具體涉及一種具有冗余驅(qū)動支鏈的無奇異4UPU-R并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)可用于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)線多種類箱體分揀運(yùn)輸，多任務(wù)3D打印執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

背景技術(shù)

在對并聯(lián)機(jī)器人的傳統(tǒng)研究中，機(jī)構(gòu)通常擁有固定的工作模式和工作空間。但隨著并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用背景日益廣泛，尤其是在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，機(jī)構(gòu)的安裝位置固定，而通常需要同時滿足零件安裝、果箱分揀、轉(zhuǎn)移運(yùn)輸?shù)炔煌蝿?wù)需求。這類機(jī)構(gòu)的工作空間利用率一般較低，所需的一項或幾項任務(wù)集中在機(jī)構(gòu)工作空間的一部分區(qū)域時，其余工作空間無法得到有效利用，且會因此加快機(jī)構(gòu)驅(qū)動關(guān)節(jié)在某一特定行程區(qū)域的磨損速度，降低機(jī)構(gòu)使用壽命。由此衍生出了一些可根據(jù)不同的工作任務(wù)重構(gòu)自身結(jié)構(gòu)，以變工作空間的形式實現(xiàn)多工作空間疊加，間接增大工作空間體積的機(jī)構(gòu)。重構(gòu)方式包括改變驅(qū)動關(guān)節(jié)方向、調(diào)節(jié)支鏈與基座連接位置的方式、加入了被動支鏈和輪系等結(jié)構(gòu)、鎖定和釋放相應(yīng)關(guān)節(jié)等。雖然以上方法均達(dá)到了重構(gòu)自身結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)工作空間變化的目的，但也會使機(jī)構(gòu)的驅(qū)動器質(zhì)量增加，一些復(fù)合運(yùn)動副和鎖閉關(guān)節(jié)的使用會顯著增大關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量，增加控制難度，降低實際使用的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

為解決以上問題，本發(fā)明提出了一種具可變工作空間、含冗余驅(qū)動的4UPU-R并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明包括固定平臺、運(yùn)動平臺和連接動/定平臺的四條UPU運(yùn)動支鏈。各運(yùn)動支鏈由上至下為萬向副、移動副、萬向副，且結(jié)構(gòu)尺寸相同，每條運(yùn)動支鏈兩端分別由萬向副與固定平臺、運(yùn)動平臺相連。

所述固定平臺為兩長矩形板交叉狀，兩矩形板大小形狀完全相同，且在中心部位開孔，通過中心孔以轉(zhuǎn)動副連接兩矩形板，并命名該轉(zhuǎn)動副為固定平臺中心轉(zhuǎn)動副。在每個長矩形板兩側(cè)邊長中心位置安裝萬向副，萬向副與矩形板連接的轉(zhuǎn)動副軸線位于矩形板平面內(nèi)，并垂直于所在長矩形板兩萬向副中心的連線；萬向副與運(yùn)動支鏈連接的轉(zhuǎn)動副軸線垂直于該運(yùn)動支鏈的移動副軸線。

所述運(yùn)動平臺為兩圓形板疊放狀，兩圓形板大小形狀完全相同，且在中心部位開孔，通過中心孔以轉(zhuǎn)動副連接兩圓形板，并命名該轉(zhuǎn)動副為運(yùn)動平臺中心轉(zhuǎn)動副。在每個圓形板任一直徑與圓周相交的位置安裝萬向副，萬向副與圓形板連接的轉(zhuǎn)動副軸線位于圓形板平面內(nèi)，并垂直于所在圓形板兩萬向副中心的連線；萬向副與運(yùn)動支鏈連接的轉(zhuǎn)動副軸線垂直于該運(yùn)動支鏈的移動副軸線。

所述UPU運(yùn)動支鏈兩端與固定平臺、運(yùn)動平臺上的萬向副相連接。運(yùn)動支鏈中的移動副采用移動電動缸結(jié)構(gòu)，驅(qū)動運(yùn)動平臺完成既定任務(wù)。

所述固定平臺中心轉(zhuǎn)動副與運(yùn)動平臺轉(zhuǎn)動副加裝電機(jī)。在機(jī)構(gòu)開始工作任務(wù)前，驅(qū)動動/定平臺中心轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動角度到合適值后，鎖死中心轉(zhuǎn)動副關(guān)節(jié)，機(jī)構(gòu)開始執(zhí)行工作任務(wù)。在完成工作任務(wù)后，調(diào)整中心轉(zhuǎn)動副角度，執(zhí)行下一任務(wù)。在調(diào)整中心轉(zhuǎn)動副過程中，上下中心轉(zhuǎn)動副電機(jī)的驅(qū)動參數(shù)完全相同。即保持對側(cè)運(yùn)動支鏈的上萬向副中心連線與下萬向副中心連線平行。