专利名称：一种四自由度解耦混联机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种四自由度数控混联运动操作装备，具体地说是为数控切削加工、 各种产业操作提供一种新型高效的数控装置。
背景技术：
工业上往往需要各种结构简单、制造成本低的平面型数控操作，例如金属切削加工、焊接、非金属材料切割、测量、喷涂、雕刻等作业，已有的串联机器人操作手结构复杂、 刚性差、动态响应性能差，而一般的少自由度并联结构操作手，如各种二自由度平面操作手 (如专利申请文献200420083801. 0200710177514. 4等)、三自由度并联操作手(如 3-RPS、三平移Delta机构等)，工作空间小；申请人发明的二种平面二自由度滑块驱动型并联机构(专利文献200910181312. 6200910181313.0)具有大范围作业的优点，但需要调节杆长才能实现大工作空间。混联机构兼有并联机构刚度好、定位精确以及串联机构工作空间大等主要优点；专利文献03105161. 8提出了一种四自由度混联操作手，但其运动学正解为数值解且工作空间小。本发明提供一种具有运动学正逆解析解且控制解耦性好、易实现大工作空间的四自由度数控并联运动操作装备，其结构简单、操作容易、制造成本低。
发明内容
本发明的一类四自由度混联操作手，包括二种，其技术方案是一种四自由度解耦混联机器人，包括机架(0)、导轨(1)、滑块O)、大转臂(3)及二自由度平面并联机构操作手(P3-I^6-R7-P4),滑块(2)以移动副一 (P1)与固定在机架(0)的导轨(1)连接后，又以转动副一(R2)连接大转臂(3)；在大转臂(3)上又安装一个二自由度平面并联机构操作手， 它的二个驱动源可以均为移动副或均为转动副，也可以是一个移动副、一个转动副，且其运动平面与转动副一( )的轴线共面或平行。该四自由度混联操作手的最大特点是具有长方体形的工作空间，其长度取决于导轨(1)的长度，可以很长，从而具有大工作空间。另一种四自由度解耦混联机器人，包括机架(1)、旋转架O)、大转臂C3)及二自由度平面并联机构操作手(P3-R5-R6-R7-P4),其特征是旋转架O)以转动副一(R1)和机架(1) 连接后，又以转动副二(R2)连接大转臂(3)；在大转臂(3)上又安装一个二自由度平面并联机构操作手，它的二个驱动源可以均为移动副或均为转动副，也可以是一个移动副、一个转动副，且其运动平面与转动副一(R1)、转动副二( )的轴线共面或平行。该四自由度混联操作手的最大特点是具有整圆柱体形的工作空间，从而工作空间大。该混联操作手的优点是均具有运动学正逆解析解且控制解耦性好、易实现大工作空间，且制造容易、结构和操作简便，能实现四自由度数控加工与产业操作。
附图1为本发明实施例第一种结构的示意图。
附图2为本发明实施例第二种结构的示意图。
具体实施例方式附图1为本发明实施例第一种结构的示意图。一种四自由度解耦混联机器人，包括机架0、导轨1、滑块2、大转臂3及二自由度平面并联机构操作手P3-R5-R6-R7-P4,滑块2 以移动副一 P1与固定在机架0的导轨1连接后，又以转动副一 &连接大转臂3 ；在大转臂 3上又安装一个二自由度平面并联机构操作手，即组成平面并联机构操作手的构件一 4、构件二 5、构件三6、构件四7分别以转动副二 &、转动副三&、转动副四R7连接后，构件一 4、 构件四7又分别以移动副二 P3、移动副三P4与大转臂3连接，该二自由度平面并联机构操作手的运动平面与转动副一民的轴线共面。该四自由度解耦混联机器人的驱动源是移动副一 P1、转动副一 &以及移动副二 P3、移动副三P4。附图2为本发明实施例第二种结构的示意图。一种四自由度解耦混联机器人，包括机架1、旋转架2、大转臂3及二自由度平面并联机构操作手P3-I-Ii6-R7-P4,旋转架2以转动副一 R1和机架1连接后，又以转动副二 &连接大转臂3 ；在大转臂3上又安装一个二自由度平面并联机构操作手，即组成平面并联机构操作手的构件一 4、构件二 5、构件三6、 构件四7分别以转动副二 &、转动副三R6、转动副四R7连接后，构件一 4、构件四7又分别以移动副二 P3、移动副三P4与大转臂3连接，且该二自由度平面并联机构操作手的运动平面与转动副一 R1、转动副二 &的轴线共面。该四自由度解耦混联机器人的驱动源是转动副一 R1、转动副二 &以及移动副二 P3、移动副三P4。在上述二个实施例中，作为驱动源的转动副可以是任何伺服旋转马达，而驱动源的移动副可以是作直线运动的滚珠丝杠、同步带、齿轮齿条、直线电机或数字式液气压推杆等直线运动装置；进一步，在上述二个实施例的构件二 5上的一点P处安装的操作器，可以是切削铣刀、钻头、割刀、刻刀，又可以是测量头、喷枪、焊枪等，以完成相应的四自由度加工或操作。综上可知，这二种四自由度解耦混联机器人，均具有运动学正逆解析解且控制解耦性好、结构简单、制造容易、工作空间大、操作方便，为一种新型高效数控装置。
权利要求
1.一种四自由度解耦混联机器人，包括机架(0)、导轨(1)、滑块O)、大转臂(3)及二自由度平面并联机构操作手(P3-R5-R6-R7-P4),其特征是滑块⑵以移动副一(P1)与固定在机架(0)的导轨(1)连接后，又以转动副一(R2)连接大转臂(3)；在大转臂(3)上又安装一个二自由度平面并联机构操作手，它的二个驱动源可以均为移动副或均为转动副，也可以是一个移动副、一个转动副，且其运动平面与转动副一( )的轴线共面或平行。
2.一种四自由度解耦混联机器人，包括机架(1)、旋转架O)、大转臂( 及二自由度平面并联机构操作手(P3-R5-R6-R7-P4),其特征是旋转架O)以转动副一(R1)和机架(1)连接后，又以转动副二(R2)连接大转臂(3)；在大转臂(3)上又安装一个二自由度平面并联机构操作手，它的二个驱动源可以均为移动副或均为转动副，也可以是一个移动副、一个转动副，且其运动平面与转动副一(R1)、转动副二( )的轴线共面或平行。
全文摘要
一种四自由度解耦混联机器人，包括机架(0)、导轨(1)、滑块(2)、大转臂(3)及二自由度平面并联机构操作手(P3-R5-R6-R7-P4)，其特征是滑块(2)以移动副一(P1)与固定在机架(0)的导轨(1)连接后，又以转动副一(R2)连接大转臂(3)；在大转臂(3)上又安装一个二自由度平面并联机构操作手，它的二个驱动源可以均为移动副或均为转动副，也可以是一个移动副、一个转动副，且其运动平面与转动副一(R2)的轴线共面或平行。该四自由度混联操作手，具有运动学正逆解析解且控制解耦性好、工作空间大、结构紧凑、运动灵活、制造成本低等优点，能实现空间四自由度的操作或加工。
文档编号B25J9/08GK102172913SQ20111004283
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者唐玲, 朱伟, 李云峰, 沈惠平, 邓嘉鸣, 陆雁翎 申请人:常州大学