冗余双驱动的刚性结构变成了一个有确定运动的非冗余二自由度五杆机构。其中，主要是通过将五杆机构的非驱动关节设计为柔性关节，并通过优化设计柔性关节的尺寸，不仅顺利的消除了冗余驱动，还提升了整个机器人的运动性能。
[0023]进一步的讲，由于五杆运动链是构成两个自由度的机构运动链中最简单的运动链，从最基本的全为转动副(RRRRR)的五杆机构到全为移动副(PPPPP)的五杆机构之间，通过排列替换R和P接头进行拓扑分析，可以得到很多种不同类型的五杆机构。
[0024]请参阅图2，可以将该直角坐标机器人X方向的两个直线电机(沿X方向做往复直线运动)转化为两个P关节，Y方向横梁与X方向两个电机之间的刚性连接可以分别转化为PPP、PRP、RRR等关节。由于X-Y-Z直角坐标机器人在X方向运动不平稳时，该刚性连接既有沿着横梁方向的微小变形又有绕Z方向的微小转动。请继续参阅图2，本发明通过一侧采用一个PR关节，另一侧采用一个R关节，构成PRPRP五杆机构，从而替换掉两侧的两个刚性连接，来消除冗余驱动。
[0025]请参阅图3所示系本发明一较佳实施例中采用的柔性关节(亦称自适应柔性连接机构)，其主要由两个十字交叉的弹簧片11、12组成，属于R关节。该柔性关节的两个相互垂直的弹簧片分别连接两个块体(亦即，块体)21、22，一个块体固定到Y方向的横梁3，一个块体固定到X方向的直线电机4上。当将这两个柔性关节分别替换现有X-Y-Z直角坐标机器人的两个刚性连接后，两个R关节就会额外产生一个微小位移，也就是形成一个P关节，构成RPR，因此也无需在一侧专门采用一个RP关节。
[0026]其中，关于所述弹簧片的材质，其可选用65Mn钢等材料等。
[0027]优选的，在本发明中，若将现有X-Y-Z直角坐标机器人X方向的电机和Y方向的横梁之间所采用的刚性连接换为所述柔性关节后，则整个系统在X、Y、Z方向的变形要很小，特别是不能大于5Mm。
[0028]以及，优选的，在本发明中，X方向两个直线电机在不同步时所产生最大相对位移不超过2mm。
[0029]图4是本发明一较佳实施例之中一种柔性关节的应用状态示意图，其中，弹簧片I为弹簧片11、12中的任一者。
[0030]需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。又及，本说明书中采用的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
【主权项】
1.一种面向冗余驱动的自适应柔性连接机构，其特征在于包括相互垂直交叉的第一弹簧片(11)和第二弹簧片(12)，所述第一弹簧片的两端部分别与一第一块体(21)的第一面(211)和一第二块体(22)的第一面(221)固定连接，所述第二弹簧片(12)的两端部分别与所述第一块体(21)的第三面(213)和所述第二块体(22)的第三面(223)固定连接，所述第一块体(21)的第一面(211)和第三面(213)分别与所述第二块体(22)的第一面(221)和第三面(223)平行设置，所述第一块体(21)和第二块体(22)分别用于连接第一物体和第二物体。
2.根据权利要求1所述的面向冗余驱动的自适应柔性连接机构，其特征在于所述第一块体(21)的第一面(211)、第二面(212)、第三面(213)中的任意两者均相互垂直，所述第二块体(22)的第一面(221)、第二面(222)、第三面(223)中的任意两者均相互垂直，所述第一块体(21)的第二面(212)和第二块体(22)的第二面(222)分别用于连接第一物体和第二物体。
3.根据权利要求1或2所述的面向冗余驱动的自适应柔性连接机构，其特征在于所述第一块体(21)和/或第二块体(22 )可绕一轴线(5 )旋转，所述轴线分布在所述第一弹簧片(11)所处平面与第二弹簧片(12)所处平面相交处。
4.根据权利要求3所述的面向冗余驱动的自适应柔性连接机构，其特征在于所述第一弹簧片(11)和第二弹簧片(12)的中心点均分布在所述轴线上。
5.根据权利要求1_2、4中任一项所述的面向冗余驱动的自适应柔性连接机构，其特征在于第一弹簧片或第二弹簧片的材质采用65Mn钢。
6.一种X-Y-Z直角坐标机器人，包括:在三维坐标系中沿Y轴方向设置的横梁；以及，对称设置的两台以上X向驱动机构，用于在三维坐标系中同时沿X轴方向提供往复驱动力；其特征在于所述X向驱动机构通过柔性关节与所述横梁固定连接，所述柔性关节包括权利要求1-5中任一项所述的自适应柔性连接机构。
7.根据权利要求6所述的X-Y-Z直角坐标机器人，其特征在于所述自适应柔性连接机构中第一块体的第二面和第二块体的第二面分别与所述X向驱动机构和横梁固定连接。
8.根据权利要求7所述的X-Y-Z直角坐标机器人，其特征在于所述X向驱动机构采用直线电机。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的X-Y-Z直角坐标机器人，其特征在于所述机器人在三维坐标系中的X、Y、Z方向上的变形均在5Mm以下。
10.根据权利要求6-8中任一项所述的X-Y-Z直角坐标机器人，其特征在于该两台以上X向驱动机构在X方向上因不同步工作而产生的最大相对位移在2_以下。
【专利摘要】本发明公开了一种面向冗余驱动的自适应柔性连接机构，其包括相互垂直交叉设置的第一、第二弹簧片，第一弹簧片的两端部分别与一第一块体的第一面和一第二块体的第一面固定连接，第二弹簧片的两端部分别与第一块体的第三面和第二块体的第三面固定连接，第一块体的第一、第三面分别与第二块体的第一、第三面平行设置，第一连、第二块体分别用于连接第一、第二物体。本发明还公开了一种X-Y-Z直角坐标机器人，其包括所述柔性连接机构。本发明的柔性连接机构可以作为柔性关节将刚性连接的冗余驱动转变为具有确定性运动的柔顺驱动，特别是可以解决X-Y-Z直角坐标机器人的冗余驱动，不仅简化了控制还提升了系统的运动性能。
【IPC分类】B25J9-00
【公开号】CN104723322
【申请号】CN201510124409
【发明人】杨桂林, 杨国军, 陈庆盈, 张驰
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月20日