两转动一移动非对称完全解耦并联机器人的制作方法

[0001]
本实用新型涉及工业机器人技术领域，具体涉及两转动一移动非对称完全解耦并联机器人。


背景技术：

[0002]
并联机构由动平台和定平台通过多条分支运动链连接而成，与串联机构相比，具有结构紧凑、刚度高、承载能力强等优点。已在医疗仪器、航空航天、运动模拟器等多个领域得到了广泛的应用。
[0003]
与6自由度并联机构相比，少自由度并联机构具有驱动件少、构件少、易于控制，制造容易，成本低等优点。特别是两转动一移动三自由度形式的并联机构，由于其具有广阔的应用前景而成为该领域关注的热点。目前我国已经有部分学者在两转动一移动三自由度并联机构方面有了一定的研究进展，但是现有的大多数并联机器人机构均存在运动耦合性强，工作空间小，控制复杂、运动精度差等问题。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的是提供两转动一移动非对称完全解耦并联机器人，以解决现有技术中存在的并联机构运动耦合性强、解耦性差及工作空间小等问题。
[0005]
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：两转动一移动的非对称完全解耦并联机构，包括定平台、动平台和三条分支运动链，定平台的顶端一侧设置有连接柱，三条分支运动链分别为第一分支运动链、第二分支运动链和第三分支运动链，其中，
[0006]
第一分支运动链包括通过连杆依次连接的第一转动副、第一万向铰、第一移动副以及第二万向铰，第一转动副和第二万向铰的自由端分别连接至连接柱和动平台，第一转动副的轴线与第一万向铰的内轴线平行，第一万向铰的外轴线与第二万向铰的内轴线平行，且与第一移动副的移动方向垂直；
[0007]
第二分支运动链包括通过连杆依次连接的第二移动副、第二转动副、第三移动副以及球副，第二移动副和球副的自由端分别连接至定平台和动平台，且第二转动副的轴线与第三移动副的移动方向垂直；
[0008]
第三分支运动链包括通过连杆相连的第一圆柱副和第三转动副，第一圆柱副和第三转动副的自由端分别连接至定平台和动平台，且第一圆柱副与第三转动副两者的轴线位于同一平面内并相互垂直设置；
[0009]
第一转动副、第一圆柱副和第二移动副均为动力输入端并分别连接有驱动电机。
[0010]
进一步的，所述的第二转动副的轴线、第三转动副的轴线以及第二万向铰的外轴线三者间平行设置。
[0011]
进一步的，所述定平台上开设有与第二移动副相配合的圆弧形轨道，第一圆柱副的轴线垂直于该圆弧形轨道所在的平面并经过该圆弧形轨道的圆心。
[0012]
进一步的，所述第三转动副位于动平台的中心，第二万向铰、第三转动副以及球副
三者沿动平台的长度方向依次设置且三者分布在同一条直线上。
[0013]
进一步的，所述第一万向铰的两端分别通过第一连杆和第二连杆与第一转动副和第一移动副相连，第一移动副的自由端通过第三连杆连接至第二万向铰。
[0014]
进一步的，所述第二转动副的两端分别通过第四连杆和第五连杆与第二移动副和第三移动副相连，第三移动副的自由端通过第六连杆连接至球副。
[0015]
进一步的，所述第一圆柱副与第三转动副之间通过第七连杆相连。
[0016]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型中，当第一分支运动链中的第一转动副作为主动副单独输入时，使动平台具有一个转动自由度，当第二分支运动链中的第二移动副作为主动副单独输入时，使动平台具有另一个转动自由度，当第三分支运动链中的第一圆柱副的线性位移与第一分支运动链中的第一转动副同时作为主动副输入，且满足第一万向铰在竖直方向的位移与第一圆柱副的位移相同时，使动平台具有一个移动自由度。从而使得本实用新型具有两个方向的转动和一个方向的移动即三个自由度，此时，机构的速度雅可比矩阵为对角阵，具有完全解耦的运动学特性，并且控制简单，实用性强，解决了普通并联机构耦合性强，运动学计算复杂，路径规划困难等问题，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0017]
图1是本实用新型基于两转动一移动的非对称完全解耦并联机构的整体结构示意图；
[0018]
图2是第二万向铰、球副以及第三转动副在动平台上的分布示意图。
具体实施方式
[0019]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0020]
如图1所示，本实用新型两转动一移动非对称完全解耦并联机器人包括定平台10、动平台20，l1、l2、l3分别代表第一、第二和第三分支运动链。
[0021]
第一分支运动链l1包括第一转动副r11、第一万向铰u12、第一移动副p13和第二万向铰u14，第一转动副r11和第二万向铰u14的一端分别与定平台10和动平台20直接相连，定平台的顶端一侧设置有用于连接第一转动副r11的连接柱，第一万向铰u12分别通过第一连杆1-1和第二连杆1-2与第一转动副r11和第一移动副p13相连，第一移动副p13通过第三连杆1-3与第二万向铰u14相连。其中，第一转动副r11的轴线和第一万向铰u12中与第一连杆1-1相连的轴线即内轴线平行，第一万向铰u12中与第二连杆1-2相连的轴线即外轴线和第二万向铰u14中与第三连杆1-3相连的轴线即内轴线平行，且第一万向铰u12的外轴线与第一移动副p13的移动方向垂直。
[0022]
第二分支运动链l2包括第二移动副p21、第二转动副r22、第三移动副p23和球副s24。第二移动副p21和球副s24分别与定平台10和动平台20直接相连，第二转动副r22分别
通过第四连杆2-1和第五连杆2-2与第二移动副p21和第三移动副p23相连，第三移动副p23通过第六连杆2-3与球副s24相连。其中，第二转动副r22的轴线和第三移动副p23的移动方向垂直。
[0023]
第三分支运动链l3包括第一圆柱副c31和第三转动副r32。第一圆柱副c31的一端和第三转动副r32的一端分别与定平台10和动平台20直接相连，第三转动副r32通过第七连杆3-1与第一圆柱副c31相连。其中，第一圆柱副c31的轴线与第三转动副r32的轴线在同一平面内并相互垂直。
[0024]
本实施例中，第二分支运动链l2中的第二转动副r22的轴线、第三分支运动链l3中的第三转动副r32的轴线和与动平台20相连的万向铰u13的轴线即外轴线，其两两相互平行。
[0025]
进一步优化本方案，第一分支运动链l1中的第一万向铰u12中与第二连杆1-2相连的轴线和第三分支运动链l3中的第一圆柱副c31的轴线平行，并同时垂直于第三分支运动链l3中的第三转动副r32的轴线。第二分支运动链l2的第二移动副p21沿圆弧形轨道进行移动，且第三分支运动链l3中的第一圆柱副c31的轴线垂直于圆弧形轨道所在平面并经过该圆弧形轨道的圆心。
[0026]
进一步优化本方案，如图2所示，第一分支运动链l1中的第二万向铰u14、第二分支运动链l2中的球副s24在动平台20的两侧，第三分支运动链l3中的第三转动副r32位于动平台20的中心，并且三者分布在同一条直线上。
[0027]
所述并联机构中，分别选取三条分支运动链中与定平台10相连的运动副作为主动副，其中第三分支运动链l3中的第一圆柱副c31以线性位移作为主动输入。
[0028]
本实用新型的控制原理如下：本实用新型通过伺服电机驱动主动副，并通过三条分支运动链对动平台20提供动力。第一驱动电机通过驱动第一分支运动链l1中的第一转动副r11，使得动平台20绕第三分支运动链l3中的第三转动副r32的轴线方向进行转动；第二驱动电机驱动第二分支运动链l2中的第二移动副p21，使得动平台20绕第三分支运动链l3中的第一圆柱副c31的轴线方向进行转动；第一驱动电机和第三驱动电机分别驱动第一分支运动链l1中的第一转动副r11与第三分支运动链l3中的第一圆柱副c31，使得动平台20沿第三分支运动链l3中的第一圆柱副c31的轴线方向进行移动，从而实现该并联机构在空间内的两转动一移动三个自由度。
[0029]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。