CN106363608B - 具有两种操作模式的并联机器人装置 - Google Patents

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Abstract

具有两种操作模式的并联机器人装置，由静、动平台及四条支链组成，四条支链的运动副配置关系是：第一支链联接在动平台上的转动副的轴线与三个轴线平行的一组转动副的轴线垂直；第二支链上的移动副导轨与两转动副的轴线平行；第三支链联接在动、静平台上的两个转动副轴线均与三个轴线平行的一组转动副的轴线垂直；第四支链上的移动副导轨与两个转动副的轴线平行。四条支链联接在静平台上的运动副配置关系是：第三支链上的运动副轴线与第一、第二支链的运动副轴线两两相互垂直，但与第四支链上的移动副导轨平行；第一、第三支链联接在动平台上的转动副的轴线相互平行。本发明存在三平移一转动和二平移二转动两种操作模式，可实现一机多用的效果。

Description

具有两种操作模式的并联机器人装置
技术领域
本发明涉及一种并联机器人操作手的执行装置，为机器人操作手等提供一个新型的具有两种操作模式的并联机器人装置。
背景技术
并联结构的操作手已得到了工业应用，特别是实现空间三平移功能的Delta操作手，已在高速抓放、定位装配、搬运、分拣、上下料等工艺上发挥了很好的作用；而具有三平移一转动功能的并联操作手，在需要调整工件姿态的场合下，更是不可缺少。为此，1988年R.Clavel在三平移Delta操作手的基础上，再串联一条R-U-P-U-R支链或S-P-S支链，构成了一个具有三平移一转动功能的混联操作手；2003年杨廷力申请的中国专利200310106012.4，提出了一组5个三平移一转动并联机构，但没有研制样机；后来2006年开始，Pierrot等相继发明了H4、I4、Par4系列的四自由度SCARA型（即三平移一转动）操作手，黄田教授开发了四自由度三平移一转动的Cross-IV型高速搬运机器人；而中国专利201210435375.1提出了一种实现三平移一转动的并联机构，并研制了样机。目前，这些并联机构大多都是固定一种自由度，并且只有一种操作模式，存在功能固定、难以适应多操作工位的要求等缺陷，另外，有些机构由于结构复杂，运动/动力学建模及求解困难，导致基础性研究不完善，从而使得该类机构没有得到很好的开发与应用。
因此，具有两种操作模式的并联机构的发展和实用化，需要创造出优于现有机构的新机型。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足提供一种具有两种操作模式的并联机器人装置。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种具有两种操作模式的并联机器人装置，由静平台、动平台以及联接动平台、静平台的四条支链（第一支链、第二支链、第三支链、第四支链）组成，其特征是。
①第一支链由一个连架杆、五个连杆和八个转动副组成，其中，第一支链上连架杆一的一端与静平台用转动副一联接，连架杆一的另一端与连杆一的中点用转动副三联接，连杆一的一端与连杆二的一端用转动副二联接，连杆一的另一端与连杆三的一端用转动副四联接，连杆二的另一端与连杆四的一端用转动副七联接，连杆三的另一端与连杆四的另一端用转动副五联接，连杆四的中点与连杆五的一端用转动副六联接，连杆五的另一端用转动副八与动平台联接，且连杆一、连杆二、连杆三和连杆四通过转动副二、转动副四、转动副五和转动副七组成平行四边形机构，联接在动平台上的转动副八的转动轴线与三个轴线平行的一组转动副的转动轴线垂直。
②第二支链由一个滑杆、二个连杆、一个移动副、二个转动副和一个球副组成，其中，第二支链上滑杆一的一端与静平台用移动副一联接，滑杆一的另一端与连杆六的一端用转动副九联接，连杆六的另一端与连杆七的一端用转动副十联接，连杆七的另一端用球副一与动平台联接，且移动副一的导轨、转动副九的转动轴线、转动副十的转动轴线三者相互平行。
③第三支链由一个连架杆、三个连杆和五个转动副组成，其中，第三支链上连架杆二的一端与静平台用转动副十一联接，连架杆二的另一端与连杆八的一端用转动副十二联接，连杆八的另一端与连杆九的一端用转动副十三联接，连杆九的另一端与连杆十的一端用转动副十四联接，连杆十的另一端用转动副十五与动平台联接，且转动副十一与转动副十五的转动轴线均与三个轴线平行的一组转动副的转动轴线垂直。
④ 第四支链结构由一个滑杆、二个连杆、一个移动副、二个转动副和一个球副组成，其中，第四支链上滑杆二的一端与静平台用移动副二联接，滑杆二的另一端与连杆十一的一端用转动副十六联接，连杆十一的另一端与连杆十二的一端用转动副十七联接，连杆十二的另一端用球副二与动平台联接，且移动副二的导轨、转动副十六的转动轴线、转动副十七的转动轴线三者相互平行。
⑤联接在静平台的四个运动副的方位关系为：第一支链上的转动副一的转动轴线、第二支链上的移动副二的导轨与第三支链上的转动副十一的转动轴线三者之间两两相互垂直，而第四支链上的移动副二的导轨与第三支链上的转动副十一的转动轴线相互平行；联接在动平台的四个运动副的方位关系为：第一支链上的转动副八的转动轴线与第三支链上转动副十五的转动轴线平行，第二支链上的球副一的球心与第四支链上球副二的球心连线垂直于第三支链上转动副十五的转动轴线。
进一步，第二支链和第四支链上与静平台联接的移动副及其相邻转动副均可用一个圆柱副来替代；且与静平台联接的两个移动副均可用平行四边形机构来替代；第一支链上的平行四边形机构可用一个移动副来替代；第二支链和第四支链均可用SPS、SSP、SRS、RSS支链来替代。
本发明提供了一类新的适用不同操作工位的并联机构，这种并联机器人装置具有三平移一转动和二平移二转动两种不同的操作模式，可提供两个不同操作工位供用户选择使用，实现一机多用的效果。
附图说明
附图1为本发明一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。
附图1所示的并联机构可为本发明的实施例之一，其技术方案是这样的：一种具有两种操作模式的并联机器人装置，由静平台0、动平台1以及联接动平台1、静平台0的四条支链（第一支链、第二支链、第三支链、第四支链）组成，其特征是。
①第一支链Ⅰ由一个连架杆、五个连杆和八个转动副组成，其中，第一支链Ⅰ上连架杆一2的一端与静平台0用转动副一R1联接，连架杆一2的另一端与连杆一3的中点用转动副三R3联接，连杆一3的一端与连杆二4的一端用转动副二R2联接，连杆一3的另一端与连杆三5的一端用转动副四R4联接，连杆二4的另一端与连杆四6的一端用转动副七R7联接，连杆三5的另一端与连杆四6的另一端用转动副五R5联接，连杆四6的中点与连杆五7的一端用转动副六R6联接，连杆五7的另一端用转动副八R8与动平台1联接，且连杆一3、连杆二4、连杆三5和连杆四6通过转动副二R2、转动副四R4、转动副五R5和转动副七R7组成平行四边形机构，联接在动平台1上的转动副八R8的转动轴线与三个轴线平行的一组转动副R1、R3、R6的转动轴线垂直。
②第二支链Ⅱ由一个滑杆、二个连杆、一个移动副、二个转动副和一个球副组成，其中，第二支链Ⅱ上滑杆一8的一端与静平台0用移动副一P1联接，滑杆一8的另一端与连杆六9的一端用转动副九R9联接，连杆六9的另一端与连杆七10的一端用转动副十R10联接，连杆七10的另一端用球副一S1与动平台1联接，且移动副一P1的导轨、转动副九R9的转动轴线、转动副十R10的转动轴线三者相互平行。
③第三支链Ⅲ由一个连架杆、三个连杆和五个转动副组成，其中，第三支链Ⅲ上连架杆二11的一端与静平台0用转动副十一R11联接，连架杆二11的另一端与连杆八12的一端用转动副十二R12联接，连杆八12的另一端与连杆九13的一端用转动副十三R13联接，连杆九13的另一端与连杆十14的一端用转动副十四R14联接，连杆十14的另一端用转动副十五R15与动平台1联接，且转动副十一R11与转动副十五R15的转动轴线均与三个轴线平行的一组转动副R12、R13、R14的转动轴线垂直。
④ 第四支链Ⅳ结构由一个滑杆、二个连杆、一个移动副、二个转动副和一个球副组成，其中，第四支链Ⅳ上滑杆二15的一端与静平台0用移动副二P2联接，滑杆二15的另一端与连杆十一16的一端用转动副十六R16联接，连杆十一16的另一端与连杆十二17的一端用转动副十七R17联接，连杆十二17的另一端用球副二S2与动平台1联接，且移动副二P2的导轨、转动副十六R16的转动轴线、转动副十七R17的转动轴线三者相互平行。
⑤联接在静平台0的四个运动副的方位关系为：第一支链Ⅰ上的转动副一R1的转动轴线、第二支链Ⅱ上的移动副二P2的导轨与第三支链Ⅲ上的转动副十一R11的转动轴线三者之间两两相互垂直，而第四支链Ⅳ上的移动副二P2的导轨与第三支链Ⅲ上的转动副十一R11的转动轴线相互平行；联接在动平台1的四个运动副的方位关系为：第一支链Ⅰ上的转动副八R8的转动轴线与第三支链Ⅲ上转动副十五R15的转动轴线平行，第二支链Ⅱ上的球副一S1的球心与第四支链Ⅳ上球副二S2的球心连线垂直于第三支链Ⅲ上转动副十五R15的转动轴线。
进一步，第二支链Ⅱ和第四支链Ⅳ上与静平台联接的移动副及其相邻转动副均可用一个圆柱副来替代；且与静平台联接的两个移动副，可用平行四边形机构来替代。
当转动副十一R11的转动轴线与转动副十五R15的转动轴线相互平行且转动副一R1的转动轴线与转动副十二R12的转动轴线平行时，该机构处于奇异位置，此时机构的瞬时自由度为5，此时动平台1可以实现三维平移以及绕转动副十五R15和转动副十四R14的转动轴线旋转的转动输出；但当转动副十一R11转动一定角度后，该机构变为三平移一转动机构；当锁住转动副十一R11后，该机构变为二平移二转动机构；故该机构具有两种不同的操作模式供用户选择使用。当该机构处于奇异位置时，若转动副十一R11转动一定角度后，驱动两个移动副P1、P2和两个转动副R1、R12，就可使动平台1实现三维平移及绕转动副十五R15轴线的一维转动输出；若锁住转动副十一R11，驱动两个移动副P1、P2和两个转动副R1、R12，就可使动平台1实现垂直于转动副十二R12轴线方向的二维平移及绕转动副十五R15轴线和转动副十四R14轴线方向的二维转动输出。

Claims (5)

1.一种具有两种操作模式的并联机器人装置，由静平台、动平台以及联接动、静平台的四条支链组成，其特征是：第一支链由一个连架杆、一个平行四边形机构、一个连杆和八个转动副组成，其中，联接在动平台上的转动副的转动轴线与三个轴线平行的一组转动副的转动轴线垂直；第二支链由一个滑杆、二个连杆、一个移动副、二个转动副和一个球副组成，其中，移动副的导轨与两个转动副的转动轴线平行；第三支链由一个连架杆、三个连杆和五个转动副组成，其中，联接在动平台上的转动副轴线与联接在静平台上的转动副轴线均与三个轴线平行的一组转动副的转动轴线垂直；第四支链由一个滑杆、二个连杆、一个移动副、二个转动副和一个球副组成，其中，移动副的导轨与两个转动副的转动轴线平行；联接在静平台的第一支链的转动副轴线、第二支链的移动副导轨与第三支链上的转动副轴线两两相互垂直，而第四支链上的移动副导轨与第三支链上联接在静平台的转动副轴线相互平行；第一支链上联接在动平台的转动副的转动轴线与第三支链上联接在动平台的转动副的转动轴线相互平行；由三平移一转动模式变换为两平移两转动模式时，锁住第三支链上与静平台联接的转动副。
2.根据权利要求1所述的具有两种操作模式的并联机器人装置，其特征是第二支链、第四支链上与静平台联接的移动副及其相邻转动副均可用一个圆柱副来替代。
3.根据权利要求1所述的具有两种操作模式的并联机器人装置，其特征是第二支链、第四支链上与静平台联接的移动副均可用平行四边形机构来替代。
4.根据权利要求1所述的具有两种操作模式的并联机器人装置，其特征是第一支链上的平行四边形机构可用一个移动副来替代。
5.根据权利要求1所述的具有两种操作模式的并联机器人装置，其特征是第二支链、第四支链均可用SPS、SSP、SRS、RSS支链来替代。
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