CN102825595B - 输入-输出完全解耦的三自由度移动并联机器人机构 - Google Patents

输入-输出完全解耦的三自由度移动并联机器人机构 Download PDF

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Abstract

一种输入-输出完全解耦的三自由度移动并联机器人机构，其包括定平台、动平台以及连接定平台和动平台的三个分支，其中第一个分支和第二个分支都是由三个移动副和两个连杆组成，第三个分支由五个转动副和四个连杆组成。本发明结构简单，实现了动平台的三个移动运动完全解耦，具有易于控制、灵活性高、累积误差小、反应速度快、工作空间大和承载力强的优点，可广泛用于并联机床、步行机、并联机构压力机、误差补偿器、高密度电子元件封装、食品、包装和医疗工业中。

Description

输入-输出完全解耦的三自由度移动并联机器人机构
技术领域
本发明属于机器人领域，特别涉及一种并联机器人机构。
背景技术
相对于串联机构来说，并联机构具有刚度大、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点。由于具备这些优良特点，并联机构被广泛应用于并联机床、医疗器械、微动操作台、各种运动模拟器、传感器、并联机构压力机等方面。
但是和串联机器人机构相比，并联机器人机构具有工作空间小、运动之间具有强耦合性、控制困难等缺点。并联机构正解运动学问题通常由于其位姿间的强耦合而变的非常复杂，相应的动力学模型更为复杂，进而限制了控制算法的应用，而且机构制造成本也相对较高。
在工业应用中，经常用到少自由度并联机构。而解耦的三自由度并联机构由于其具有的解耦特性也越来越受到重视。目前，在三自由度解耦并联机构研究方面已有一些成果，例如，中国专利文献CN102085660A提出了一种三自由度解耦并联机器人机构，实现了空间三自由度的操作，但该机构要靠延长导轨的长度来增大工作空间，并且该机构是混联机构，实现的是移动和转动的解耦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、完全解耦、易于控制的输入-输出完全解耦的三自由度移动并联机器人机构。本发明主要包括定平台、动平台和连接定平台与动平台的三个分支。第一个分支和第二个分支都是由三个移动副和两个连杆组成，其中一个连杆的一端通过移动副与定平台相连，另一个连杆的一端通过移动副与动平台相连，上述两个连杆的另一端通过移动副相连；在上述两个分支中，第一分支中与定平台相连的移动副和第二分支中连接两个连杆的移动副的法线方向互相平行，第一分支中连接两个连杆的移动副和第二分支中与定平台相连的移动副的法线方向互相平行，第一分支和第二分支中与动平台相连的两个移动副的法线方向互相平行。第三个分支由五个转动副和四个连杆组成，第一个连杆的一端通过转动副与定平台相连，其另一端通过转动副与第二个连杆的一端相连，该第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆的一端相连，该第三个连杆另一端通过转动副与第四个连杆的一端相连，该第四个连杆另一端通过转动副与动平台相连。该分支中与定平台相连的转动副和连接第一和第二连杆的转动副构成两转动平行子链，该两个转动副的轴线方向互相平行，其它三个转动副构成的三转动平行子链，该三个转动副的轴线方向也要互相平行。与定平台相连的转动副和连接第二和第三个连杆的转动副的轴线方向保持互相垂直。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、结构简单、加工装配便捷、制造成本低。
2、电动机可布置在定平台上，减少了杆件的负载，使机构具有很好的运动学性能、灵活性高、累积误差小、反应速度快、工作空间大和承载力强。
3、由于动平台的三个移动运动完全解耦，使控制极为容易，其运动学正反解也十分简单，很容易进行轨迹规划；可广泛用于并联机床、并联机构压力机、误差补偿器、高密度电子元件封装、包装和医疗等行业中。
附图说明
    图1是本发明的结构示意简图。
具体实施方式
在图1所示的一种输入-输出完全解耦的三自由度移动并联机器人机构的结构示意简图中，第一个分支和第二个分支分别设在定平台的两边，都是由三个移动副和两个连杆组成，其中第一分支的一个连杆3的一端通过移动副2与定平台1相连，另一个连杆5的一端通过移动副6与动平台7相连，上述两个连杆的另一端通过移动副4相连。第二分支的一个连杆11的一端通过移动副13与定平台相连，另一个连杆10的一端通过移动副9与动平台相连，上述两个连杆的另一端通过移动副12相连。上述两个分支中的移动副2和12的法线方向互相平行，移动副4和13的法线方向互相平行，移动副6和9的法线方向互相平行。第三个分支设在定平台的中间，由五个转动副和四个连杆组成，第一个连杆15的一端通过转动副14与定平台相连，其另一端通过转动副16与第二个连杆17的一端相连，该第二个连杆的另一端通过转动副18与第三个连杆19的一端相连，该第三个连杆另一端通过转动副20与第四个连杆21的一端相连，该第四个连杆另一端通过转动副8与动平台相连。该分支中的转动副14和转动副16构成的两转动平行子链，该两个转动副的轴线方向互相平行，其它三个转动副18、20、8构成的三转动平行子链，该三个转动副的轴线方向也要互相平行。与定平台相连的转动副和连接第二和第三个连杆的转动副的轴线方向保持互相垂直。
上述三个分支中均具有一个输入件，且都位于与定平台接近的位置，所述的输入件分别为杆件3、11、15，输入副分别为移动副2、13和转动副14。上述第一和第二分支中的移动副2的前后移动通过杆件3和5来控制动平台7的前后移动，移动副13相对于定平台1做上下移动通过杆件10和11带动动平台7上下移动；上述第三个分支通过转动副14做圆周运动带动杆件15旋转进而带动动平台7做左右移动运动。这样通过机构的三个分支就可以实现动平台7在空间的三个移动运动，且这三个移动运动是完全解耦的。

Claims (1)

1.一种输入-输出完全解耦的三自由度移动并联机器人机构，由动平台、定平台和连接动平台与定平台的三个分支组成，其特征在于：其第一个分支和第二个分支都是由三个移动副和两个连杆组成，其中一个连杆的一端通过移动副与定平台相连，另一个连杆的一端通过移动副与动平台相连，上述两个连杆的另一端通过移动副相连；在上述第一和第二分支中，第一分支中与定平台相连的移动副和第二分支中连接两个连杆的移动副的法线方向互相平行，第一分支中连接两个连杆的移动副和第二分支中与定平台相连的移动副的法线方向互相平行，第一分支和第二分支中与动平台相连的两个移动副的法线方向互相平行；第三个分支由五个转动副和四个连杆组成，第一个连杆的一端通过转动副与定平台相连，其另一端通过转动副与第二个连杆的一端相连，该第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆的一端相连，该第三个连杆另一端通过转动副与第四个连杆的一端相连，该第四个连杆另一端通过转动副与动平台相连；上述第三分支中与定平台相连的转动副和连接第一和第二连杆的转动副构成两转动平行子链，该两个转动副的轴线方向互相平行，其它三个转动副构成的三转动平行子链，该三个转动副的轴线方向也要互相平行；与定平台相连的转动副和连接第二和第三个连杆的转动副的轴线方向保持互相垂直。
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