[發明專利]混聯機器人系統及虛擬RCM運動控制方法

有效

• 申請號: 202110671572.2
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113334357B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 楊洋;林闖;廣晨漢;陳子路;鄭昱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 北京智慧亮點知識產權代理事務所(普通合伙) 11950
• 代理人: 史明罡

1.一種混聯機器人系統，其特征在于，包括：

基座；

上平動機構，所述上平動機構安裝于所述基座上，所述上平動機構包括第一平移組件、上支架和上轉接架，所述第一平移組件被配置為驅動所述上支架沿第一方向往復移動，所述第一平移組件還被配置為驅動所述上支架沿第二方向往復移動，所述上支架與所述上轉接架樞接；

下平動機構，所述下平動機構安裝于所述基座上，所述下平動機構包括第二平移組件、下支架和下轉接架，所述第二平移組件被配置為驅動所述下支架沿所述第一方向往復移動，所述第二平移組件還被配置為驅動所述下支架沿所述第二方向往復移動，所述下支架與所述下轉接架樞接；

末端平臺，所述上轉接架、所述下轉接架分別與所述末端平臺樞接；以及

末端器械，所述末端器械安裝于所述末端平臺上，所述末端平臺被配為驅動所述末端器械作進給運動。

2.根據權利要求1所述的混聯機器人系統，其特征在于，所述基座包括上下分層設置的上支撐板和下支撐板；所述第一方向與所述第二方向相垂直；

所述第一平移組件包括第一平動臺和第二平動臺；所述第二平動臺被配置為驅動所述第一平動臺沿所述第二方向往復移動，所述第一平動臺被配置為驅動所述上支架沿所述第一方向往復移動；

所述第二平動臺安裝于所述上支撐板上。

3.根據權利要求2所述的混聯機器人系統，其特征在于，所述第二平移組件包括第三平動臺和第四平動臺；所述第四平臺被配置為驅動所述第三平動臺沿所述第二方向往復移動，所述第三平動臺被配置為驅動所述上支架沿所述第一方向往復移動；

所述第一平動臺與所述第三平動臺之間被配置為產生位移差，以及使得所述末端平臺進行俯仰運動；

所述第四平動臺安裝于所述下支撐板上。

4.根據權利要求1所述的混聯機器人系統，其特征在于，所述上轉接架包括第一橫向臂以及所述第一橫向臂相對的兩端分別連接的第一縱向臂；所述第一縱向臂與所述末端平臺樞接，所述第一橫向臂的中部與所述上支架樞接。

5.根據權利要求4所述的混聯機器人系統，其特征在于，所述下轉接架包括第二橫向臂以及所述第二橫向臂相對的兩端分別連接的第二縱向臂；所述第二縱向臂與所述末端平臺樞接，所述第二橫向臂的中部與所述下支架樞接。

6.根據權利要求1-5中任一項所述的混聯機器人系統，其特征在于，所述末端平臺包括上連接板、下連接板、位移臺和滑臺；所述上連接板與所述上轉接架樞接，所述下連接板與所述下轉接架樞接；所述滑臺的導軌與所述上連接板固定連接，所述滑臺的滑塊與所述下連接板固定連接；所述位移臺的底座與所述上連接板固定連接，所述末端器械安裝于所述位移臺的滑塊上。

7.根據權利要求6所述的混聯機器人系統，其特征在于，所述位移臺為壓電陶瓷位移臺。

8.根據權利要求3所述的混聯機器人系統，其特征在于，所述第一平動臺、所述第二平動臺、所述第三平動臺和所述第四平動臺均為直線電機。

9.一種虛擬RCM運動控制方法，該控制方法應用如權利要求1-8中任一項所述的混聯機器人系統，其特征在于，所述虛擬RCM運動控制方法包括：

建立所述基座的基坐標系，并設定RCM點在所述基坐標系下的設定坐標；

確定所述末端器械繞所述RCM點的運動軌跡參數；

根據所述設定坐標和所述運動軌跡參數計算得出所述上支架分別沿所述第一方向和所述第二方向的位移量，所述下支架分別沿所述第一方向和所述第二方向的位移量，以及所述末端器械的進給量和旋轉量。

10.根據權利要求9所述的虛擬RCM運動控制方法，其特征在于，所述下支架沿所述第二方向的位移量a₁、所述下支架沿所述第一方向的位移量a₂、所述上支架沿第二方向的位移量a₃，所述上支架沿第一方向的位移量a₄、所述末端器械的進給量a₅、所述末端器械的旋轉量α的公式分別為：

其中，

所述RCM點在所述基坐標系x₀y₀z₀下的設定坐標為(x_c,y_c,z_c)，

所述末端器械繞所述RCM點的運動軌跡參數包括：zyz歐拉角和第五距離l_c，所述第五距離l_c為所述末端器械的末端點與所述RCM點之間的距離，

第一軸線A₁為所述下支架與所述下轉接架之間的樞轉軸的軸線，且平行于所述第一方向，

第二軸線A₂為所述下轉接架與所述末端平臺之間的樞轉軸的軸線，

第三軸線A₃為所述上支架與所述上轉接架之間的樞轉軸的軸線，且平行于所述第一方向，

第四軸線A₄為所述上轉接架與所述末端平臺之間的樞轉軸的軸線，

第一交點S_u為所述第三軸線A₃和所述第四軸線A₄的交點，

第二交點S_d為所述第一軸線A₁和第二軸線A₂的交點，

在所述混聯機器人系統的初始狀態下：

所述基坐標系x₀y₀z₀的坐標原點位于設定垂直面與所述第一軸線A₁之間的交點處，所述第二平動臺的移動方向與所述設定垂直面平行，且沿所述第二平動臺的移動方向，所述第二平動臺關于所述設定垂直面對稱，

所述基坐標系的x₀軸與所述第一軸線A₁重合，所述基坐標系的y₀軸與所述第二軸線A₂平行，所述基坐標系的z₀軸與所述末端器械的軸線平行，

第一距離h₁為所述第一交點S_u與所述第二交點S_d之間沿所述基坐標系的z₀軸的方向的距離，

第二距離h₂為所述第一交點S_u與所述末端器械的末端點之間沿所述末端器械的軸線方向的距離，

第三距離d₁為沿所述基坐標系的y₀軸方向，所述第四軸線A₄在初始狀態下與所述基坐標系的y₀軸之間的距離，

第四距離d₂為所述末端器械的軸線與所述第四軸線A₄之間的距離。