一种(1t1r)&2r四自由度解耦混联机构的制作方法
【专利说明】
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构。
【背景技术】
[0002]混联机器人同时兼具串联机器人工作空间大、易控制，并联机器人结构稳定、刚度大、误差积累少、动态性能好、易求得运动学反解等各自的优点，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]混联机构的自由度从3-6变化不等，目前，对五自由度混联机构的研宄较为全面和深入，在工业中也应用的较为广泛。由于混联机器人中含有并联结构，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宄领域的热点问题。
[0004]在混联机构研宄中，齐齐哈尔第二机床厂研制的NXZ24系列重型龙门式五轴联动混联机床，是由2自由度平动并联机构的动平台上串联2个自由度摆动头并附加一维移动的工作台构成五轴联动。对于混联机构的解耦性研宄取得一些进展，例如，中国专利文献CN102172913 A提出了一种四自由度混联机器人，在一个移动副和转动副的基础上又安装一个二自由度平面并联机构操作手，该四自由度混联操作手，具有两移两转功能，有运动学正逆解析解且控制解耦性好等优点。但是，上述发明机构还没有能够实现三转一移解耦的混联机构。
【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、运动解耦的一移三转四自由度混联机器人。主要由一个两分支并联机构(ITlR)和串接在并联机构上的串联分支2R组成(1T1R)&2R混联机构。两分支并联机构由定平台、动平台、以及连接动平台和定平台的两个分支组成。分支一是由一个移动副、一个纯平动万向铰，和一个连接动平台的转动副以及连接它们之间的两个连杆组成；分支二由三个轴线相互垂直的转动副和一个连接定平台的移动副以及连接它们之间的三个连杆组成；分支三由两个轴线相互垂直于的转动副以及它们的连杆组成。
[0006]分支一中第一个连杆的一端通过中心线平行于定平台的移动副与定平台连接，第一个连杆的另一端与纯平动万向铰连接，铰链的另一端与第二个连杆连接，第二个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，与动平台连接的转动副平行于定平台垂直于移动副中心线；分支二中，第一个连杆的一端通过中心线平行于定平台的移动副与定平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，其中三个转动副轴线相互垂直；分支三中，第一个连杆通过转动副与动平台连接，第一连杆另一端通过转动副与混联机构末端连接，其中两个转动轴线相互垂直。
[0007]上述分支一中与动平台连接转动副为输入驱动，动平台在转动副的驱动下发生转动，并带动分支三中第一个连杆发生转动，分支三中第一个连杆的转动带动混联机构末端发生转动；上述分支二中与定平台连接的移动副为主动驱动，第一个连杆在移动副的驱动下发生移动，并带动第二、第三连杆、动平台发生移动，动平台的移动带动机构末端发生移动；分支三中两个转动副分别为输入驱动，使得混联机构末端分别绕这两个转动副轴线的转动；且这三个方向的三个转动和一个移动运动是解耦的，互不干涉。
[0008]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0009]1、机构中含有复合铰链，增强了结构稳定性和刚性；
[0010]2、实现了空间三个转动自由度和一个移动自由度解耦；
[0011]3、所有驱动与平台相连，降低了机构的运动惯性。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的立体示意简图。
[0013]图2整体示意结构简图。
【具体实施方式】
[0014]在图2所示的一种一移三转四自由度解耦空间混联机构示意图中，并联机构分支一中第一连杆4的一端通过移动副3与定平台I上滑槽2连接，连杆4的另一端与纯平动万向铰5连接，纯平动万向铰5的另一端与第二个连杆6连接，连杆6另一端通过转动副7与动平台8连接；分支二中，第一连杆11的一端通过移动副10与定平台I上的滑槽9连接，第一连杆的另一端通过转动副12与第二个连杆13连接，连杆13另一端通过转动副14与第三个连杆15连接，连杆15的另一端通过转动副16于动平台8连接；与动平台串接的分支三中第一个连杆18 —端通过转动副17与动平台8连接，连杆18另一端通过转动副19与机构末端20连接。
[0015]分支一中的移动副3轴线平行于定平台1，纯平动万向铰5中的上下平台平行于定平台1，转动副7的轴线平行于定平台I且与移动副3的中心线垂直；分支二中移动副10的中心线平行于定平台I垂直于转动副7的轴线，转动副12的轴线垂直于定平台且垂直于移动副10中心线，转动副14轴线平行于分支一中转动副7的轴线，转动副16的轴线平行于移动副10的中心线，转动副12、14、16轴线相互垂直；分支三中与动平台连接转动副17轴线平行于定平台I和分支二中转动副16的轴线，转动副20的轴线垂直于动平台10及平行于转动副12的轴线。
【主权项】
1.一种一移三转四自由度解耦混联机构，主要由一个两分支并联机构(ITlR)和连接在并联机构上串联分支2R组成(1T1R)&2R混联机构。两分支并联机构由定平台、动平台、以及连接动平台和定平台的两个分支组成。其特征在于:定平台为长方形结构，两对边布置有两个相互平行于定平台的滑槽；分支一中第一个连杆的一端通过中心线平行于定平台的移动副与定平台连接，第一个连杆的另一端与纯平动万向铰连接，铰链的另一端与第二个连杆连接，第二个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，与动平台连接的转动副平行于定平台垂直于移动副中心线；分支二中，第一个连杆的一端通过中心线平行于定平台的移动副与定平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，其中三个转动副轴线相互垂直；分支三中，第一个连杆通过转动副与动平台连接，第一连杆另一端通过转动副与混联机构末端连接，其中两个转动轴线相互垂直。
2.根据权利要求1所述的一种一移三转四自由度解耦混联机构，其特征在于:上述分支一中与动平台连接转动副为输入驱动；上述分支二中与定平台连接的移动副为输入驱动；上述分支三串联2R支链中的两个转动副分别为两个输入驱动。
3.根据权利要求1所述的一种一移三转四自由度解耦混联机构，其特征在于:上述分支二中第三个连杆两端的转动副可以用一个万向铰代替。
【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。主要由一个两分支并联机构(1T1R)和连接在并联机构上串联分支2R组成(1T1R)&2R混联机构。两分支并联机构由定平台、动平台、以及连接动平台和定平台的两个分支组成。分支一是由一个移动副、一个纯平动万向铰，和一个连接动平台的转动副以及连接它们之间的两个连杆组成；分支二由三个轴线相互垂直的转动副和一个连接定平台的移动副和连接它们之间的三个连杆组成；分支三由两个轴线相互垂直于的转动副以及它们的连杆组成。本发明机构能够实现沿滑槽方向的移动和空间的三维转动，结构简单，刚性好，操作空间大、运动解耦，易于控制。
【IPC分类】B25J9-00
【公开号】CN104626120
【申请号】CN201510032673
【发明人】曹毅, 秦友蕾, 陈海, 曹浩峰, 李佳桐
【申请人】江南大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月20日