一种(2t1r)&1t1r五自由度完全解耦混联机构的制作方法
【专利摘要】本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦混联机构。其包括定平台、动平台、连接动平台一个支链以及连接定平台和动平台的三个分支，所述定平台为长方形底面，定平台的底面两边安装滑轨，所述导轨的中心线与定平台底面平行，分支一由一个移动副和一个转动副一个平行四边形铰链，一个万向铰以及连接它们的连杆组成；分支二由一个移动副和一个平行四边形铰链以及两个转动副以及连接它们的连杆组成；分支三由三个转动副一个移动副和连接它们的三个连杆组成；连接动平台支链由一个移动副和一个转动副组成。本发明结构简单，制造成本低，能够实现动平台沿平行于定平台方向及垂直于定平台的三个移动和绕平行于定平台轴线和垂直于定平台的两个转动，各运动完全解耦，易于控制，运动空间大，承载力强。
【专利说明】
—种(2T1R) &1 Tl R五自由度完全解耦混联机构
所属技术领域
[0001]本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦混联机器人。
【背景技术】
[0002]混联机器人同时兼顾串联机器人工作空间大、易控制，并联器人结构稳定、刚度大；误差积累少，动态性能好；容易求得运动学反解，从而精度高各自的优点，同时又能避免单纯串、并联构型缺点，在现代制造业中更具有实用性。
[0003]混联机器人的基本单元是基本串联机构模块(可以是单个运动副)、及少自由度并联机构模块，这些模块本身的构造及其模块间的组合方式，决定了混联机器人的结构及性能。由于混联机器人包涵并联结构，并联机构存在运动耦合性强的问题。混联机器人耦合性的存在使得机构在机构设计、计算分析和运动控制等方面存在着诸多问题。因此，为简化混联机器人的控制过程，提高混联机构的解耦性已经成为机构学研究领域的热点问题。
[0004]在混联机器人研究中，FANUC公司的FANUC Robot MiA/6s是在3平移Delta机构的动平台上，再串联IR构成的4D0F混联机器人FANUC Robot Μ?Α/6Α机器人是在3平移Delta机构的动平台上再串联3R的摆动头构成的6D0F混联机器人。哈尔滨量具刃具集团有限责任公司推出了一种全新结构的加工中心LINKS-EXE700，整个并联部分3T和串联部分2R构成一个具有5个自由度的混联机器人。对于混联机构的解耦性研究取得一些进展，例如，中国专利文献CN102085660A提出一种三自由度解耦混联机器人由一个转动副串接一个二自由度平面并联机构构成，运动完全解耦。上述发明机构虽然机构实现运动解耦，但是能够实现三移两转该类解耦混联机构十分稀少，大部分机构的解耦性并没有很好解决。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种结构简单、易于控制、输入输出完全解耦的三移两转五自由度混联机器人。本发明主要由一个并联机构(2T1R)和一个串联支链ITlR组成(2T1R)&1T1R五自由度完全解耦混联机构。并联机构包括定平台、动平台、以及连接这两个平台的三个分支，其中定平台为长方形结构，该定平台的相邻两边设有导轨，两导轨的中心线相互垂直且均平行与定平台底面，动平台为类三角形结构；分支一由一个移动副和一个转动副一个平行四边形铰链，一个万向铰以及连接它们的连杆组成；分支二由一个移动副和一个平行四边形铰链以及两个转动副以及连接它们的连杆组成。分支三由三个转动副一个移动副和连接它们的三个连杆组成；连接动平台串联链由一个移动副和一个转动副组成。
[0006]其中，其分支一中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链另一端通过万向铰与动平台一端连接；分支二中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链的另一端通过转动副与动平台连接；分支三中的第一连杆通过转动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过移动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接。
[0007]分支一中，移动副的移动方向和除与动平台连接的转动副的轴线平行，且与和万向铰中一个的轴线垂直。在分支二中，移动副的移动方向和转动副的轴线平行；在分支三中，移动副方向与定平台平行，除与定平台连接的转动副外，其它两个转动副的轴线平行，且与和定平台连接的转动副的轴线垂直；与动平台连接的移动副方向与定平台垂直，最后混联机器人末端转动副轴线方向与定平台垂直。
[0008]分支一中与定平台连接的移动副通过滚珠丝杆驱动实现；上述分支二中与定平台连接移动副通过滚珠丝杆驱动实现；上述分支三中与定平台连接的转动副通过伺服电机驱动实现；与动平台连接的移动副通过气缸驱动；末端的转动副通过伺服电机驱动。最终实现五个输入五个输出运动完全解耦的混联机器人。
[0009]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0010]1、结构简单，运动副有低副也有复合运动副，装配简单，可以降低制造成本；
[0011]2、实现了空间三个移动自由度和两个转动自由度完全解耦；
[0012]3、所有输入驱动全部与定平台相连，这样减少了杆件的负载，具有良好的运动性和稳定性及较快的反应速度。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的立体示意简图；
[0014]图2分支一示意简图；
[0015]图3分支二示意简图；
[0016]图4分支三示意简图；
[0017]图5整体示意结构简图。
【具体实施方式】
[0018]在图2所示的一种三移两转三自由度完全解耦空间并联机构示意图中，定平台12为长方形结构，该定平台的相邻两边设有直角导轨I和11，直角滑轨的中心线与定平台底面平行，动平台6为类三角形结构；分支一中的第一连杆的一端通过移动副2与定平台连接，该连杆的另一端通过转动副3与平行四边形铰链4的一端连接，该平行四边形铰链4的另一端通过万向铰5与动平台6连接；分支二中的第一连杆通过移动副10与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副9与平行四边形铰链8 一端连接，该平行四边形铰链的另一端通过转动副7与动平台6连接；分支三中的第一连杆的一端通过转动副13与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副14与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过移动副15与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副16与动平台连接。与动平台相连的支链通过移动副17与动平台连接，混联机器人末端通过转动副18与移动副另一端连接。
[0019]分支一中的移动副2的移动方向与分支二中的移动副10的移动方向垂直，都始终与动平台6平行。分支一中转动副3和万向铰离定平台近的一端平行与离动平台近的一端垂直同时与分支二中与动平台连接的转动副7的轴线与转动副9轴线平行，与分支3中转动副13相垂直，分支一中平行四边形铰链4中的转动副轴线与转动副3平行；
[0020]分支二中移动副10的方向与转动副7以及平行四边形铰链的转动副轴线方向平行，同时与分支三中转动副13轴线平行。移动副10的方向与分支三移动副15平行。
[0021]分支三中转动副14、16轴线方向与定平台相互垂直，与动平台相连接的移动副17中心线方向垂直于与定平台，混联机器人末端转动副18轴线方向垂直于定平台。
【主权项】
1.一种(2T1R)&1T1R五自由度完全解耦混联机构，其包括定平台、动平台、连接动平台的移动副和转动副以及连接定平台和动平台的三个分支，其特征在于:其定平台为长方形结构，该定平台的相邻两边设有中心线相互垂直导轨。其分支一中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链另一端通过万向铰与动平台一端连接；分支二中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链的另一端通过转动副与动平台连接；分支三中的第一连杆通过转动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过移动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接。2.根据权利要求1所述的一种完全解耦的三移两转五自由度混联机器人，其特征在于:分支一中，移动副的移动方向和除与动平台连接的转动副的轴线平行，且与和万向铰中一个的轴线垂直。在分支二中，移动副的移动方向和转动副的轴线平行；在分支三中，移动副方向与定平台平行，除与定平台连接的转动副外，其它两个转动副的轴线平行，且与和定平台连接的转动副的轴线垂直；与动平台连接的移动副方向与定平台垂直，最后混联机器人末端转动副轴线方向与定平台垂直。3.根据权利要求1所述的一种完全解耦的三移两转五自由度混联机器人，其特征在于:上述分支一中与定平台连接的移动副通过滚珠丝杆驱动实现；上述分支二中与定平台连接移动副通过滚珠丝杆驱动实现；上述分支三中与定平台连接的转动副通过伺服电机驱动实现；与动平台连接的移动副通过气缸驱动，末端的转动副通过伺服电机驱动。
【文档编号】B25J9/00GK105881495SQ201410625133
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月7日
【发明人】曹毅, 秦友蕾, 陈海, 陈桂兰
【申请人】江南大学