一种含闭环支链的两转一移的新型并联机器人的制作方法

本发明涉及一种工业机器人，尤其是涉及一种含闭环支链的两转一移的新型并联机器人。

背景技术

并联机器人驱动源安放在机架或接近机架位置，减小了运动负荷，使机器人结构稳定、刚度大，误差积累少、精度高，运动速度高、动态性能好，容易求得运动学反解，因而受到学术界和产业界的广泛关注。许多应用只需要少于六自由度的构型，由于需要较少的驱动器以及更加简单的控制，自由度少于6的少自由度并联机器人成为本领域研究的热点。

很多操作任务都要求并联机器人能够实现两个方向的转动自由度和一个方向的移动自由度，其被应用于运动模拟器、微操作机器人、坐标测量机等。

目前含闭环子链的并联机器人机构研究中还需解决的关键问题有：进一步简化支链结构，使得机构获得高精度、高负载性能以及转动能力大等性能；与含开环支链的并联机器人性能进行比较，以更好地发挥此类机构在工业化应用中的优势。

发明专利cn201610014492.9公开了一种具有两转一移完全各向同性非对称并联机器人，该并联机器人由动平台、静平台，以及连接两平台的两条运动链分支组成，并且两条运动分支链中的一条为混合链，另一条为单开链。安装于静平台上的第一移动副、第三转动副和第八转动副被选为主动副，其中第三转动副轴线垂直于第一移动副和第八转动副的轴线。第七转动副和第十三球副与动平台相连。但其缺点在于结构复杂、制造工艺繁琐且转动能力不强。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种含闭环支链的两转一移的新型并联机器人。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含闭环支链的两转一移的新型并联机器人，包括动平台、定平台、移动副导轨和支链，所述的定平台上垂直设有3个移动副导轨，3个移动副导轨与定平台连接点的连线为等边三角形，所述的动平台通过3条支链与定平台连接，所述的支链包括上连接杆、下连接杆和分别与上连接杆和下连接杆铰接的闭环四杆机构，所述的闭环四杆机构为首尾相互铰接而构成的闭环四边形杆件，由于平行四边形允许输出杆件相对于输入杆件保持在一个固定的方向上，所以在设计两转一移并联机器人的构型设计是引入闭环四杆机构，从而使其并联机器人具有结构形式简单且紧凑，加工较为简易等特点。在机构运动支链的结构中引入闭环结构单元，并将闭环结构作为驱动单元或作为支链中的连接关节，可以利用闭环结构尺度特性和封闭特性等优点提高机构整体的运动性能。

所述的四边形杆件的端点处依次设有转动副a、转动副b、转动副c和转动副d，所述的下连接杆的一端通过移动副活动连接于移动副导轨上，另一端铰接于转动副c上，所述的上连接杆的一端通过球铰副与动平台的一个顶点铰接，另一端与转动副a相铰接，所述的移动副为动力驱动器，所述的动平台上设有末端执行器，在移动副导轨和支链的相互配合下，可使得末端执行器实现3个自由度的空间运动。

进一步地，所述的移动副用于驱动下连接杆的一端做垂直方向的直线运动。

进一步地，所述的球铰副用于被动驱动上连接杆和动平台绕其公共的球心相对转动。

进一步地，所述的各转动副用于驱动与其连接的两根杆之间的相互转动，各转动副的转动轴线均平行于定平台。

进一步地，所述的动平台的台面为等边三角形。

进一步地，所述的上连接杆分别通过球铰副连接于动平台的三个顶点上。

进一步地，所述的闭环四边形杆件由4个对边相等的刚性杆件构成。

进一步地，所述的上连接杆和下连接杆均为刚性杆件。

所述的末端执行器为钻铆加工机、切削机、焊接机或喷涂机中的一种。

该并联机器人是由上下两个平台以及连接它们之间的3个相同的ppas(p代表移动副，pa代表等价平移副(其中包含四个r转动副)，s代表球面副)支链构成，以p副作为驱动关节，使各分支上的闭环四杆机构实现伸缩控制动平台的运动。动平台与定平台(三个移动导轨底部在动平台上的连线)皆为等边三角形，并联机器人初始状态为动平台平行于定平台，此时动平台外接圆与定平台外接圆为同心圆。各支链中的转动副轴线均平行于动平台且相互平行，三个支链均匀分布，其所在运动平面之间的夹角均为120°，且各支链中p副的移动导轨均垂直于定平台。

各支链中包含一个球铰副，四个转动副和一个移动副，以各支链中的移动副为为并联机器人的主动驱动。此并联机器人所具有的3个自由度，能实现动平台上的末端执行器在空间中的两个转动自由度和一个移动自由度的加工运动。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、该机构转动能力较强，刚度较大。

2、该机构具有结构紧凑且简单，易于加工的特点。

3、对于运动支链部分可利用平面连杆机构的方法进行求解，且求解较为容易，易于驱动。

4、该并联机器人能够实现较大的垂直于定平台方向的升降运动，工作空间较大且通过对构件的尺度设计可以实现工作空间内无奇异。

5、该并联机器人与具有两个移动自由度的串联工作台协作，形成具有五自由度的混联机构，可以实现对复杂外形工件上的多种自由曲面进行精密的五轴加工。可通过系统构型和末端执行器，完成钻铆加工、切削、焊接、喷涂等多样化任务。

附图说明

图1为本发明中闭环支链的两转一移的新型并联机器人的结构示意图；

图2为本发明中支链的结构示意简图。

图中：1、球铰副，2、转动副a，3、支链一，4、转动副b，5、转动副d，6、转动副c，7、移动副导轨，8、定平台，9、支链二，10、支链三，11、动平台，12、末端执行器，13、下连接杆，14、上连接杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

含闭环支链的两转一移的新型并联机器人包括动平台11、定平台8、移动副导轨和支链，参见图1，所述的定平台8上垂直设有3个移动副导轨，3个移动副导轨与定平台8连接点的连线为等边三角形，所述的动平台11通过3条支链与定平台8连接，所述的支链包括上连接杆14、下连接杆13和分别与上连接杆14和下连接杆13铰接的闭环四杆机构，所述的闭环四杆机构为首尾相互铰接而构成的闭环四边形杆件，所述的四边形杆件的端点处依次设有转动副a2、转动副b4、转动副c6和转动副d5，所述的下连接杆13的一端通过移动副活动连接于移动副导轨上，另一端铰接于转动副c6上，所述的上连接杆14的一端通过球铰副与动平台11的一个顶点铰接，另一端与转动副a2相铰接，所述的移动副、球铰副和转动副均为动力驱动器，所述的动平台11上设有末端执行器12，所述的动平台11的台面为等边三角形，上连接杆14分别连接于动平台11的三个顶点上。

在具体运行的过程中，并联机器人初始状态为动平台平行于定平台，此时动平台11外接圆与定平台8外接圆为同心圆。各支链中的转动副轴线均平行于动平台11且相互平行，支链一3、支链二9、支链三10均匀分布，三者所在运动平面之间的夹角均为120°，且各支链中p副的移动导轨均垂直于定平台。运动开始时，移动副用于驱动下连接杆13的一端做垂直方向的直线运动，球铰副用于驱动上连接杆14和动平台11绕其公共的球心相对转动，转动副用于驱动与其连接的两根杆之间的相互转动。以各支链中的移动副为主动驱动输入，当各驱动副运动时，该并联机器人可以实现较大的转动范围，且能够实现较大的垂直于定平台方向的升降运动，工作空间较大且通过对构件的尺度设计可以实现工作空间内无奇异。此并联机器人具有两个转动一个移动三个自由度与具有两个移动自由度的串联工作台协作，形成具有五自由度的混联机构，支链结构参见图2，可以实现对复杂外形工件上的多种自由曲面进行精密的五轴加工。可通过系统构型和末端执行器，完成钻铆加工、切削、焊接、喷涂等多样化任务。