一种(1t2r)&1r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]混联机器人是指:至少包括一个并联机构和一个或多个串联机构按照一定的方式组合在一起的复杂机械系统。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、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，已在焊接、喷漆、搬运、汽车装配、医疗等领域得到了应用。
[0003]少自由度并联机构设计与创新是混联机构的设计一个重要前提，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宄领域的热点问题。
[0004]对于三自由度并联机构的解耦性研宄取得一些进展，例如，中国专利文献CN102431028 A提出了具有运动解耦、动平台灵活性高、控制系统易于开发、标定更为简便、能够实现动平台两个转动和一个移动运动。三自由度解耦并联机构的存在为混联解耦机构的发现提供重要的基础，目前国内学者发明了一些四自由度混联机构，例如，中国专利CN203427028U发明了一种四自由度混联机器人。上述发明机构虽然机构动平台能实现四自由度运动，但是能实现解耦的混联机构十分稀少，大部分混联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稳定、易于控制、运动解耦的一移三转四自由度混联机构。本发明由一个并联机构(1T2R)和连接在并联机构的一个转动副IR构成(1T2R)&1R四自由度解耦混联机构。并联机构由定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的三个分支。分支一是由一个中心线垂直于定平台移动副和两个轴线相互垂直转动副及连接它们的两个连杆组成；分支二由三个轴线平行于定平台转动副和两个轴线平行于定平台且垂直前三个转动副的轴线，以及连接它们的四个连杆组成；分支三由一个移动副和一个平行四边形铰链和三个转动副，以及连接它们的四个连杆组成；混联机构末端通过垂直于动平台的转动副与动平台连接。
[0006]分支一中第一连杆的一端通过中心线垂直于定平台的移动副与定平台连接，第一连杆另一端通过轴线平行于定平台的转动副与第二个连杆连接，第二个连杆的另一端通过轴线垂直于前一个转动副轴线且平行于定平台的转动副与动平台连接；分支二中第一个连杆通过轴线平行于定平台的转动副与定平台连接，连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，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第四个连杆连接，第四个连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中与第一、二连杆连接的转动副轴线相互平行，第四个连杆两端的转动副轴线相互平行且垂直于第一、二连杆连接的转动副轴线；分支三中第一连杆的一端通过移动副与定平台滑槽连接，另一端与平行四边形铰链连接其轴线平行于移动副中心线，该平行四边形铰链另一端与第二个连杆连接，连杆另一端通过轴线平行于平行四边形铰链轴线的转动副与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过转动副与第四个连杆连接，连杆四的另一端通过轴线垂直于第三个连杆两端转动副轴线且平行于定平台的转动副与动平台连接；机构末端通过垂直于动平台的转动副与动平台连接。
[0007]上述分支中，分支一中与定平台连接的移动副为输入驱动；第一连杆在移动副的驱动下发生移动，并带第二个连杆及动平台发生移动；上述分支一中与第一个连杆连接的转动副为输入驱动，第二个连杆在转动副的驱动下，带动动平台发生转动；分支三中与动平台连接的转动副为输入动驱动，带动动平台发生转动；与动平台连接的转动副为输入驱动，混联机构末端在转动副的驱动下发生转动。
[0008]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0009]1、结构稳定，运动副有低副也有复合运动副，装配简单；
[0010]2、实现了空间一个移动自由度和三个转动自由度解耦；
[0011]3、所有输入驱动全部与平台相连，这样减少了杆件的负载，具有良好的运动性和稳定性及较大的操作空间。
【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，定平台I动平台27为长方形结构，该定平台I的底边布有滑槽17，滑槽17中心线与定平台平行；分支一中的第一连杆4的一端通过移动副3与定平台I上2连接，该连杆4的另一端通过转动副
5与第二个连杆连接6，连杆6的另一端通过转动副7动平台27连接；分支二中的第一连杆9的一端通过转动副8与定平台I连接，该连杆9的另一端通过转动副10与第二个连杆11连接，连杆11的另一端通过转动副12与第三个连杆13连接，该连杆13的另一端通过转动副14与第四个连杆15连接，连杆15另一端通过转动副16与动平台27连接；分支三中的第一连杆19的一端通过移动副18与定平台上滑槽17连接，该连杆19的另一端与平行四边形铰链20连接，铰链20另一端与第二个连杆20连接，连杆21另一端通过转动副22与第三个连杆的23 —端连接，连杆23的另一端通过转动副24与第四连杆25连接，连杆25另一端通过转动副26与动平台27连接；机构末端29通过转动副28与动平台27连接。
[0015]分支一中的移动副3的中心线垂直于定平台I所在平面，转动副5、7轴线相互垂直且都平行于定平台I ;分支二中转动副8、10、12的轴线相互平行且平行于定平台I和分支一中转动副5的轴线，转动副14、16轴线相互平行且垂直于转动副8、10、12的轴线平行于转动副5的轴线；分支三中移动副18中心线平行于定平台I和转动副5、14、16轴线，平行四边形铰链20、转动副22、24线相互平行且平行于移动副18中心线，与动平台连接的转动副26轴线平行于定平台和转动副7、8、10、12轴线；转动副28轴线垂直于动平台27。
【主权项】
1.一种(1T2R)&1R四自由度解耦混联机构，其包括一个并联机构(1T2R)和连接在并联机构的一个转动副IR，并联机构由定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的三个分支。其特征在于:所述定平台底边安装滑槽所述滑槽的中心线定平台平行，动定平台为长方形。分支一中第一连杆的一端通过中心线垂直于定平台的移动副与定平台连接，第一连杆另一端通过轴线平行于定平台的转动副与第二个连杆连接，第二个连杆的另一端通过轴线垂直于前一个转动副轴线且平行于定平台的转动副与动平台连接；分支二中第一个连杆通过轴线平行于定平台的转动副与定平台连接，连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，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第四个连杆连接，第四个连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中与第一、二连杆连接的转动副轴线相互平行，第四个连杆两端的转动副轴线相互平行且垂直于第一、二连杆连接的转动副轴线；分支三中第一连杆的一端通过移动副与定平台滑槽连接，另一端与平行四边形铰链连接其轴线平行于移动副中心线，该平行四边形铰链另一端与第二个连杆连接，连杆另一端通过轴线平行于平行四边形铰链轴线的转动副与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过转动副与第四个连杆连接，连杆四的另一端通过轴线垂直于第三个连杆两端转动副轴线且平行于定平台的转动副与动平台连接；机构末端通过垂直于动平台的转动副与动平台连接。
2.根据权利要求1所述的一种解耦的一移三转四自由度混联机构，其特征在于:上述分支一中与定平台连接的移动副为输入驱动；上述分支一中与第一个连杆连接的转动副为输入驱动；上述分支三中与动平台连接的转动副为输入动驱动。与动平台连接的转动副为输入驱动。
3.根据权利要求1所述的一种解耦的一移三转四自由度混联机构，其特征在于:上述分支一中，第二个连杆两端的转动副可以用万向铰代替；上述分支二中，第三个连杆两端的转动副可以用万向铰代替；上述分支三中，第四个连杆两端的转动副可以用万向铰代替。
【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。主要包括一个并联机构(1T2R)和串接在并联机构动平台上的一个转动副1R，并联机构由定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的三个分支。所述定平台底边安装滑槽所述滑槽的中心线定平台平行，动定平台为长方形。分支一是由一个中心线垂直于定平台移动副和两个轴线相互垂直转动副及连接它们的两个连杆组成；分支二由三个轴线平行于定平台转动副和两个轴线平行于定平台且垂直前三个转动副的轴线，以及连接它们的四个连杆组成；分支三由一个移动副和一个平行四边形铰链和三个转动副，以及连接它们的四个连杆组成；混联机构末端通过垂直于动平台的转动副与动平台连接。本发明结构稳定，能够实现沿垂直于定平台方向的一维移动，绕空间的三维转动，各运动解耦，易于控制，承载力强。
【IPC分类】B25J9-00
【公开号】CN104626122
【申请号】CN201510032792
【发明人】曹毅, 秦友蕾, 李可, 李佳桐, 展杰
【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