一种三平移一转动并联机器人操作手的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种并联机器人操作手，为机器人操作手等提供一个新型的三平移一转动并联操作手。
【背景技术】
[0002]并联结构的操作手已得到了工业应用，特别是实现空间三平移功能的Delta操作手，已在高速抓放、定位装配、搬运、分拣、上下料等工艺上发挥了很好的作用；而具有三平移一转动功能的并联操作手，在需要调整工件姿态的场合下，更是不可缺少。为此，1988年R.Clavel在三平移Delta操作手的基础上，再串联一条R-U-P-U-R支链或S-P-S支链，构成了一个具有三平移一转动功能的混联操作手；2003年杨廷力申请的专利200310106012.4，提出了一组5个三平移一转动并联机构，但没有研制样机；后来2006年开始，Pierrot等相继发明了 H4、14、Par4系列的四自由度SCARA型(即三平移一转动)操作手，黄田教授开发了四自由度三平移一转动的Cross-1V型高速搬运机器人；而专利201210435375.1提出了一种实现三平移一转动的并联机构，并研制了样机。但相对于三平移的Delta操作手来说，一方面，这些机构结构复杂，没有得到很好的开发与应用，另一方面，实现三平移一转动功能的新型结构和应用都需要发展。
[0003]因此，三平移一转动的并联机构的发展和实用化，需要创造出优于现有机构的新机型。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要克服现有技术的不足而提供一类新的三平移一转动并联机构，这类机构具有刚性好、结构较简单、易于精密加工，且运动学正解简单等优点。
[0005]本发明提供的三平移一转动并联机器人操作手，包含动平台(1)、静平台(0)，以及连接动平台(I)、静平台(O)的结构完全相同的R//R//R丄R//R型四条支链，即第I支链、第II支链、第III支链、第IV支链，每条支链上的连杆二(2)的一端与静平台(O)用转动副一(R11)连接，连杆二(2)的另一端与连杆三(3)的一端以转动副二(R12)连接，连杆三(3)的另一端与连杆四(4)的一端以转动副三(R13)连接，连杆四(4)的另一端与连杆五
[5]的一端以转动副四(R14)连接，连杆五(5)的另一端与动平台⑴以转动副五(R15)连接；进一步，转动副一(R11)、转动副二(R12)、转动副三(Rk5)构成的A组转动副的轴线相互平行，转动副四(R14)与转动副五(R15)构成的B组转动副的轴线相互平行，但转动副三(R13)与转动副四(R14)的轴线相互垂直；
[0006]其中，第I支链上的A组转动副、B组转动副的轴线，分别与对边第111支链上的A组转动副、B组转动副的轴线两两平行；第II支链上的A组转动副、B组转动副的轴线，分别与对边第IV支链上的A组转动副、B组转动副的轴线两两平行；但第I支链上的A组转动副、B组转动副的轴线，与第II支链上的A组转动副、B组转动副的轴线不平行；
[0007]进一步，第I支链、第II支链、第III支链、第IV支链这四条支链中，相对的任两条支链可以用任意两条无约束型S-S-R、、S-S-P、S-P-S支链来替代，这里S表示球副，R表示转动副，P表示转动副；上述每条支链上与静平台(O)联接的四个转动副为驱动副，可以用移动副来替代；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该装置就成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目为三、二、一，其它的运动为派生运动。
【附图说明】
[0008]附图1为本发明的三平移一转动并联机器人操作手的实施例之一的结构简图示意图；
[0009]附图2为本发明的三平移一转动并联机器人操作手的实施例之二的结构简图示意图；
【具体实施方式】
[0010]下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。
[0011]附图1所示的并联机构可为本发明的实施例之一，其技术方案是这样的:一种三平移一转动并联机器人操作手，包含动平台1、静平台0，以及连接动平台1、静平台O的结构完全相同的第I支链、第II支链、第III支链、第IV支链等四条支链，每条支链上的连杆二 2的一端与静平台O用转动副一 R11连接，连杆二 2的另一端与连杆三(3)的一端以转动副二 R12连接，连杆三3的另一端与连杆四4的一端以转动副三R 13连接，连杆四4的另一端与连杆五5的一端以转动副四R14连接，连杆五5的另一端与动平台I以转动副五R15连接；进一步，转动副一 Rn、转动副二 R12、转动副三Ri;?构成的A组转动副的轴线相互平行，转动副四R14与转动副五R15构成的B组转动副的轴线相互平行，但A组转动副的转动副三R13与B组转动副的转动副四R14的轴线相互垂直，用符号可表示为R//R//R丄R//R型，其中，R表示为转动副，//表示平行，丄表示垂直。
[0012]进一步，第I支链上的A组转动副、B组转动副的轴线，分别与对边第III支链上的A组转动副、B组转动副的轴线两两平行；第II支链上的A组转动副、B组转动副的轴线，分别与对边第IV支链上的A组转动副、B组转动副的轴线两两平行；但第I支链上的A组转动副、B组转动副的轴线，与第II支链上的A组转动副、B组转动副的轴线不平行；同时，每条支链上与静平台(O)联接的转动副，可以用移动副来替代。
[0013]当与静平台O联接的四个转动副Rn、I?21、R31、R41为驱动时，就可使动平台I实现三维平移及绕动平台I上转动副五R15轴线的一维转动输出；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该装置就成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目为三、二、一，其它的运动为派生运动。
[0014]附图2所示的并联机构为本发明的实施例之二，其技术方案是这样的:一种三平移一转动并联机器人操作手，包含动平台1、静平台0，以及连接动平台1、静平台O的结构完全相同的第I支链、第III支链以及两条S-S-R型支链，第I支链、第III支链的结构及其布置，完全与实施例之一的第I支链、第III支链相同，即每条支链上的连杆二 2的一端与静平台O用转动副一 R11连接，连杆二 2的另一端与连杆三(3)的一端以转动副二 R12连接，连杆三3的另一端与连杆四4的一端以转动副三R13连接，连杆四4的另一端与连杆五5的一端以转动副四R14连接，连杆五5的另一端与动平台I以转动副五R15连接；进一步，转动副一Rn、转动副二R12、转动副三Ri;?构成的A组转动副的轴线相互平行，转动副四R 14与转动副五R15构成的B组转动副的轴线相互平行，但A组转动副的转动副三R 13与B组转动副的转动副四R14的轴线相互垂直；而S-S-R型支链的R端用转动副六R 2与静平台O连接，S-S-R型支链的S端用球副二 32与动平台I连接，S-S-R型支链的两个连接杆用球副一 S I连接，这里，S表示球副，R表示转动副。
[0015]当与静平台O联接的四个转动副Rn、R2, R1, R31为驱动时，就可使动平台I实现三维平移及绕动平台I上转动副五R15轴线的一维转动输出；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该装置就成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目为三、二、一，其它的运动为派生运动。
【主权项】
1.一种三平移一转动并联机器人操作手，包含动平台(1)、静平台(O)，以及连接动平台(I)、静平台(O)的结构完全相同的第I支链、第II支链、第III支链、第IV支链，其特征在于:每条支链上的连杆二(2)的一端与静平台(O)用转动副一(R11)连接，连杆二(2)的另一端与连杆三(3)的一端以转动副二(R12)连接，连杆三(3)的另一端与连杆四(4)的一端以转动副三(R13)连接，连杆四⑷的另一端与连杆五(5)的一端以转动副四(R14)连接，连杆五(5)的另一端与动平台(I)以转动副五(R15)连接；进一步，转动副一(Rn)、转动副二(R12)、转动副三(R13)构成的A组转动副的轴线相互平行，转动副四(R14)与转动副五(R15)构成的B组转动副的轴线相互平行，但转动副三(R13)与转动副四(R14)的轴线相互垂直。2.按权利要求1所述的三平移一转动并联机器人操作手，其特征在于:第I支链上的A组转动副、B组转动副的轴线，分别与对边第III支链上的A组转动副、B组转动副的轴线两两平行；第II支链上的A组转动副、B组转动副的轴线，分别与对边第IV支链上的A组转动副、B组转动副的轴线两两平行；但第I支链上的A组转动副、B组转动副的轴线，与第II支链上的A组转动副、B组转动副的轴线不平行。3.按权利要求1或2所述的一种三平移一转动并联机器人操作手，其特征在于:第I支链、第II支链、第III支链、第IV支链这四条支链中，相对的任两条支链可以用任意两条无约束型S-S-R、S-S-P, S-P-S支链来替代。4.按权利要求1或2或3所述的一种三平移一转动并联机器人操作手，其特征在于:每条支链上与静平台(O)联接的四个转动副为驱动副，可以用移动副来替代；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该装置就成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目为三、二、一，其它的运动为派生运动。
【专利摘要】一种三平移一转动并联机器人操作手，包含动平台(1)、静平台(0)，以及连接这两者的相同的第I支链、第Ⅱ支链、第III支链、第IV支链，每条支链上的连杆二(2)的一端与静平台(0)用转动副一(R11)连接，连杆二(2)的另一端与连杆三(3)的一端以转动副二(R12)连接，连杆三(3)的另一端与连杆四(4)的一端以转动副三(R13)连接，连杆四(4)的另一端与连杆五(5)的一端以转动副四(R14)连接，连杆五(5)的另一端与动平台(1)以转动副五(R15)连接；转动副一(R11)、转动副二(R12)、转动副三(R13)构成的A组转动副的轴线相互平行，转动副四(R14)与转动副五(R15)构成的B组转动副的轴线相互平行，但转动副三(R13)与转动副四(R14)的轴线相互垂直。该种操作手具有结构简单、制造容易、定位精度高等优点。
【IPC分类】B25J17/00, B25J9/00
【公开号】CN105127977
【申请号】CN201510564195
【发明人】沈惠平, 杨廷力, 孟庆梅, 刘安心, 邓嘉鸣
【申请人】常州大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月8日