[發(fā)明專利]兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)少關(guān)節(jié)多冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111388268.3
• 申請(qǐng)日: 2021-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN114161391A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉飛;劉洋;何陽(yáng);張碩;朱勇勇;趙永生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/00
• 分類號(hào): B25J9/00
• 代理公司: 北京孚睿灣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11474
• 代理人: 王冬杰

本發(fā)明涉及一種兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)少關(guān)節(jié)多冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接動(dòng)平臺(tái)、定平臺(tái)的五條支鏈，第一支鏈和第三支鏈結(jié)構(gòu)相同為RPU結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連接，萬(wàn)向鉸與動(dòng)平臺(tái)連接，萬(wàn)向鉸與轉(zhuǎn)動(dòng)副之間通過(guò)移動(dòng)副連接；第二支鏈和第四支鏈結(jié)構(gòu)相同為UPR結(jié)構(gòu)，其萬(wàn)向鉸與定平臺(tái)連接，轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，轉(zhuǎn)動(dòng)副與萬(wàn)向鉸之間通過(guò)移動(dòng)副連接；四條支鏈兩端呈正方形對(duì)稱布置。第五條支鏈為RPR結(jié)構(gòu)，其兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與動(dòng)平臺(tái)、定平臺(tái)連接，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副之間通過(guò)移動(dòng)副連接。本發(fā)明具有關(guān)節(jié)數(shù)目少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度高，運(yùn)動(dòng)部分解耦，控制容易等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式，可應(yīng)用于要求精度高，剛度高，負(fù)載更大的加工場(chǎng)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具體地說(shuō)，涉及一種兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)少關(guān)節(jié)多冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域。

背景技術(shù)

使用合適的少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以降低加工制造、控制和維護(hù)等方面的成本，所以，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿，并且已經(jīng)成功地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。其中，具有兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)(簡(jiǎn)稱2R1T)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)最具代表性的一類，以2R1T并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為高端制造裝備主機(jī)構(gòu)的成功范例有Tricept、Ecospeed和Exechon等混聯(lián)機(jī)器人，這些混聯(lián)機(jī)器人在航空航天和汽車等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。2R1T三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有兩條轉(zhuǎn)軸,這兩條轉(zhuǎn)軸的幾何關(guān)系與這類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能密切相關(guān)，但是，目前大部分的2R1T三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的兩條轉(zhuǎn)軸不是連續(xù)轉(zhuǎn)軸，所以帶來(lái)了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型復(fù)雜，增加了軌跡規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定和運(yùn)動(dòng)控制難度等問(wèn)題。

并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比于串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、精度高、速度快、承載能力強(qiáng)、慣性小、穩(wěn)定性好、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間小、存在奇異位形等缺點(diǎn)也不能忽視。冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)是指其機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置個(gè)數(shù)多于自由度數(shù)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，從運(yùn)動(dòng)學(xué)來(lái)講，有一組或以上的驅(qū)動(dòng)裝置是多余的，將這些驅(qū)動(dòng)裝置去掉后并不影響運(yùn)動(dòng)特性，但在重載操作裝備中，為了提高機(jī)構(gòu)的承載能力，增加機(jī)構(gòu)的剛度與穩(wěn)定性，通常將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成冗余驅(qū)動(dòng)。因此，冗余驅(qū)動(dòng)具有使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)具有局部對(duì)稱性、無(wú)奇異位形等特點(diǎn)，以此優(yōu)化機(jī)構(gòu)的剛度和承載力等性能。通過(guò)在原有機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上添加冗余驅(qū)動(dòng)支鏈的方法可以減少機(jī)構(gòu)的奇異，增加其可用工作空間，還可以改善機(jī)構(gòu)的一些性能，如增強(qiáng)機(jī)構(gòu)剛度、增大機(jī)構(gòu)承載能力、優(yōu)化驅(qū)動(dòng)的輸入力、減低機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)內(nèi)力等。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述原因，本發(fā)明的目的在于提供一種具有兩條連續(xù)轉(zhuǎn)軸、一條移動(dòng)軸的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)少關(guān)節(jié)多冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)少關(guān)節(jié)多冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其包括定平臺(tái)，動(dòng)平臺(tái)和連接定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)的五條支鏈；

所述定平臺(tái)位于底部，所述動(dòng)平臺(tái)位于頂部，二者均呈正方形；

所述五條支鏈中的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈的兩端依次順序地呈正方形對(duì)稱布置，其一端與所述定平臺(tái)相連，另一端與所述動(dòng)平臺(tái)相連；所述五條支鏈中的第五支鏈的兩端分別與所述定平臺(tái)和所述動(dòng)平臺(tái)的幾何中心點(diǎn)相連；

所述第一支鏈和所述第三支鏈呈對(duì)角線設(shè)置，兩者的結(jié)構(gòu)組成和連接方式相同，為RPU結(jié)構(gòu)；所述第二支鏈和所述第四支鏈呈對(duì)角線設(shè)置，兩者的結(jié)構(gòu)組成和連接方式相同，為UPR結(jié)構(gòu)；所述第五支鏈為RPR結(jié)構(gòu)；其中，R代表轉(zhuǎn)動(dòng)副，P代表移動(dòng)副，U代表萬(wàn)向鉸；

構(gòu)成所述五條支鏈的各轉(zhuǎn)動(dòng)副、各移動(dòng)副和各萬(wàn)向鉸彼此之間通過(guò)連接桿相連；

構(gòu)成所述五條支鏈的各轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與所述定平臺(tái)或所述動(dòng)平臺(tái)相連；構(gòu)成所述五條支鏈的各萬(wàn)向鉸的外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與所述動(dòng)平臺(tái)或所述定平臺(tái)相連；構(gòu)成所述五條支鏈的各萬(wàn)向鉸的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)連接桿與構(gòu)成本條支鏈的所述移動(dòng)副相連；