CN105082111A - 一种完全解耦两移动三转动并联机器人机构 - Google Patents

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展杰
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周辉
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Abstract

本发明公开了一种具有完全解耦两移动三转动并联机器人机构，包括定平台、动平台以及连接定平台与动平台之间的五条支链，所述支链一是由一个移动副和五个转动副及连杆组成，支链二依次由一个转动副一个移动副和三轴线平行的转动副和连杆连接组成。支链三是由两个转动副一个移动副和一个万向铰及连杆构成，支链三、四、五是由六个转动副以及连接它们之间的连杆构成。五个支链中与定平台连接的运动副为主动驱动，实现了两维移动和三维转动五自由度运动输出完全解耦，本发明具有控制简单、运动学正反解易求、运动输出完全解耦的优点。

Description

一种完全解耦两移动三转动并联机器人机构
所属技术领域
本发明属于机器人领域，特别涉及一种完全解耦两移动三转动并联机器人机构。
背景技术
在工业机器人中，串联和并联两类机构应用最为广泛。串联机构是一种单开链结构，具有工作空间大、灵活性高等优点，缺点是精度低、惯性大。并联机构是由多条支链的组成的一种闭环结构，故其具有刚性好、精度高、响应速度快等优点。少自由度并联机构在机床、微动操作台、力矩传感器、飞行模拟器等行业中越来越得到重视。
目前三、六自由度并联机构和五自由度混联机构应用较为广泛，而最具应用潜力的两移动三转动并联机构较少。中国发明专利文献CN10141899A发明了一种两维移动和三维转动并联机构，具有高精度，低成本易于制造的优点，但该机构运动耦合，控制复杂。中国发明专利文献CN1462672A发明了一种五自由度解耦并联机构，但该机构只能实现三移动两转动的无条件解耦运动，经检索发现还没有对于实现两移动三转动的解耦的研究，因此需要一种新的技术方法解决上述问题。
发明内容
本发明针对现有技术的空缺及不足，提供一种完全解耦两移动三转动并联机器人机构，该机构具有控制简单、运动学正反解易求、可实现机构末端两维移动三维转动五自由度运动输入与输出一一对应。
本发明的技术方案是：本发明的并联机器人机构由定平台、动平台以及连接定平台与动平台之间的五条支链组成，其特征在于：所述定平台1和动平台25都是长方形，支链一是由一个移动副和五个转动副及连杆组成，支链二依次由一个转动副一个移动副和三轴线平行的转动副和连杆连接组成。支链二是由两个转动副一个移动副和一个万向铰及连杆构成，支链二中与动平台连接的万向铰位于动平台中心位置。支链三、四、五是由六个转动副以及连接它们之间的连杆构成，其中支链三和支链四运动副构造相同。支链一、三、四、五，分别布置于定平台的四个边。
本发明所具有的的有益效果：提供了一种完全解耦具有两移动和三转动并联机器人机构，这种机构具有结构较简单且运动副均为简单运动副，成本低且易于装配；五个支链中各含有一个主动副且位于定平台上降低了运动惯性，具有良好稳定性；该机构末端运动雅克比矩阵为5×5对角矩阵，实现了两移动三转动五自由度运动输入输出间一对一的控制关系，控制简单.在机构转动的同时不产生伴随移动。
附图说明
图1是本发明的立体示意简图。
具体实施方式
本发明提供一种完全解耦具有两移动和三转动并联机器人机构。如图1所示，机构由定平台1、动平台25以及连接它们之间的五个支链组成。
支链一是由移动副P11和五个转动副R11、R12、R13、R14、R15以及连杆2、3、4、5组成，连杆2的一端通过移动副P11与定平台1连接，连杆2的另一端通过转动副R11与连杆3连接，连杆3另一端通过转动副R12与连杆4连接，连杆4另一端通过转动副R13与连杆5连接，连杆5另一端通过转动副R14与连杆6连接，连杆6通过转动副R15与动平台。其中移动副P11移动方向与转动副R11、R12、R13轴线平行，转动副R13、R14、R15轴线相互垂直。
支链二是由两个转动副R21、R22，一个移动副P21，一个万向铰UXY以及连杆7、8、9组成，连杆7的一端通过转动副R21与定平台连接，连杆7的另一端通过转动副R22与连杆8连接，连杆8另一端通过移动副P21与连杆9连接，连杆9另一端通过万向铰UXY与动平台连接。其中转动副R21、R22垂直于定平台，移动副P21平行于定平台，万向铰UXY两轴线平行与动平台。
支链三是由六个转动副R31、R32、R33、R34、R35、R36以及连杆10、11、12、13、14组成，连杆10的一端通过转动副R31与定平台1连接，连杆10的另一端通过转动副R32与连杆11连接，连杆11另一端通过转动副R33与连杆12连接，连杆12另一端通过转动副R34与连杆13连接，连杆13另一端通过转动副R35与连杆14连接，连杆14通过转动副R36与动平台连接。其中转动副R31轴线平行于转动副R31，转动副R34、R35、R36轴线相互平行，连杆10、11两端转动副轴线相互垂直。支链四与支链三相同，支链三、四成90°布置在定平台。
支链五是由六个转动副R51、R52、R53、R54、R55、R56以及连杆20、21、22、23、24组成，连杆20的一端通过转动副R51与定平台1连接，连杆20的另一端通过转动副R52与连杆21连接，连杆21另一端通过转动副R53与连杆22连接，连杆22另一端通过转动副R54与连杆23连接，连杆23另一端通过转动副R55与连杆24连接，连杆24通过转动副R56与动平台连接。其中转动副R51轴线垂直于定平台，连杆20两端转动副轴线相互垂直，转动副R52、R53轴线平行，连杆22两端转动副垂直，转动副R54、R55、R56轴线相互平行。
支链一中与定平台静平台连接的移动副P11为主动副，控制机构沿X方向的移动，其驱动机构可通过直线伺服电机或电机带动丝杆机构；支链二中主动副为转动副R21控制机构沿Y方向的移动，可通过伺服电机驱动；支链三中主动副为转动副R31，控制机构绕平行于Y轴线的转动，可通过伺服电机驱动；支链四中主动副为转动副R41，控制机构绕平行于X的转动，可通过伺服电机驱动。支链五中主动副为转动副R51，控制机构绕平行于Z的转动，可通过伺服电机驱动。最终实现该机构两移动三转动五自由度运动输出完全解耦。

Claims (3)

1.一种完全解耦两移动三转动并联机器人机构，其包括定平台1、动平台25以及连接它们之间的五个支链，其特征在于：支链一是由移动副P11和五个转动副R11、R12、R13、R14、R15以及连杆2、3、4、5组成，其中移动副P11移动方向与转动副R11、R12、R13轴线平行，转动副R13、R14、R15轴线相互垂直；支链二是由两个转动副R21、R22，一个移动副P21，一个万向铰UXY以及连杆7、8、9组成，其中转动副R21、R22垂直于定平台，移动副P21平行于定平台，万向铰UXY两轴线平行与动平台。支链三是由六个转动副R31、R32、R33、R34、R35、R36以及连杆10、11、12、13、14组成，其中转动副R31轴线平行于移动副P11，转动副R34、R35、R36轴线相互平行，连杆10、11两端转动副轴线相互垂直。支链四与支链三相同，支链三、四成90°布置在定平台。支链五是由六个转动副R51、R52、R53、R54、R55、R56以及连杆20、21、22、23、24组成，其中转动副R51轴线垂直于定平台，连杆20两端转动副轴线相互垂直，转动副R52、R53轴线平行，连杆22两端转动副垂直，转动副R54、R55、R56轴线相互平行。
2.按照权利要求1所述的一种完全解耦两移动三转动并联机器人机构，其特征在于：支链三、四、五中与定平台连接的转动副R31、R41、R51轴线相互垂直，连杆5、12、17、22两端转动副可以用万向铰代替。
3.按照权利要求1所述的一种完全解耦两移动三转动并联机器人机构，其特征在于：与定平台连接的移动副P11，转动副R21、R31、R41、R51，为并联机构的五个主动驱动运动副。
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