CN105234933B - 一种二平移二转动并联机器人装置 - Google Patents

Abstract

一种二平移二转动并联机器人装置，由静平台、动平台以及联接动、静平台的四条支链组成，第I和第Ⅱ支链结构相同，均由移动副、转动副、圆柱副组成，移动副和圆柱副分别联接在静、动平台上，初始装配时刻上述三个运动副的轴线两两相互垂直；第III支链由五个转动副组成，联接在静平台上的转动副的轴线与相邻转动副的轴线平行且与另三个轴线平行的一组转动副的轴线垂直；第IV支链由一个转动副和两个球副组成；第I和第Ⅱ支链上的两移动副的导轨相互平行且与第III支链上联接在静平台的转动副的轴线垂直；第I和第Ⅱ支链上两圆柱副的轴线重合且与第III支链上联接在动平台的转动副的轴线平行。本发明具有位置正解可解析表达、部分解耦等优点。

Description

一种二平移二转动并联机器人装置

技术领域

本发明机器人技术领域，涉及一种并联机器人操作手的执行装置。

背景技术

并联机构在机器人、虚拟轴机床、坐标测量机、仿真平台、并联结构的机械手等领域获得了广泛应用，它具有结构刚性大、运动速度高、误差不叠加等独特性，可使测量精度及测量效率等性能得到很大改善。目前，对于6-SPS和6-RSS机构来说，其末端执行器的空间位姿比较灵活，但由于该机构的结构相对比较复杂，致使其末端执行器的求解和应用较困难。在工业应用中，常要求具有2-5自由度的少自由度并联机构，例如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；而具有二平移二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。目前，许多并联机构由于结构复杂，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。

综上所述，机器人、虚拟轴机床、坐标测量机、并联结构的机械手等的发展和实用化，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，提供一种新的二平移二转动并联机器人装置，本装置具有运动学正解可解析表达、运动输入—输出部分解耦、结构简单、工作空间大等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种二平移二转动并联机器人装置，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I支链和第Ⅱ支链结构相同，均由一个滑杆、一个连杆、及初始装配时刻轴线两两相互垂直的三个运动副(移动副、转动副、圆柱副)组成，滑杆和连杆用转动副联接后，滑杆的另一端用移动副来联接静平台，连杆的另一端用圆柱副来联接与动平台；第III支链由四个连杆和五个转动副组成，其中，联接在静平台上的转动副的轴线与相邻的转动副的轴线平行且与另三个轴线平行的一组转动副的转动轴线垂直；第IV支链由二个连杆、二个球副和一个转动副组成，二个连杆用球副连接后，一端与动平台用球副连接，另一端用转动副和静平台连接；进一步，第I支链和第Ⅱ支链上联接在静平台的两个移动副的导轨相互平行且与第III支链上联接在静平台的转动副的转动轴线垂直，第IV支链上联接在静平台的转动副可任意配置；第I支链和第Ⅱ支链上联接在动平台的两个圆柱副的转动轴线重合且与第III支链上联接在动平台的转动副的轴线平行。

更具体地，一种二平移二转动并联机器人装置，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I支链和第Ⅱ支链结构相同，均由一个滑杆、一个连杆、及初始装配时刻轴线两两相互垂直的三个运动副：移动副、转动副、圆柱副组成，滑杆和连杆用转动副联接后，滑杆的另一端用移动副来联接静平台，连杆的另一端用圆柱副来联接与动平台；第III支链由四个连杆和五个转动副组成，其中，联接在静平台上的转动副三(R3)的轴线与相邻的转动副四(R4)的轴线平行且与另三个轴线平行的一组转动副：转动副五(R5)、转动副六(R6)、转动副七(R7)的转动轴线垂直；第IV支链由二个连杆、二个球副和一个转动副组成，二个连杆用球副连接后，一端与动平台用球副连接，另一端用转动副和静平台连接；第I支链和第Ⅱ支链上联接在静平台的移动副(P11)、移动副(P21)的导轨相互平行且与第III支链上联接在静平台的转动副三(R3)的转动轴线垂直，第IV支链上联接在静平台的转动副八(R8)任意配置；第I支链和第Ⅱ支链上联接在动平台的圆柱副一(C11)、圆柱副二(C21)的转动轴线重合且与第III支链上联接在动平台的转动副七(R7)的轴线平行。

本发明提供的一种二平移二转动并联机器人装置，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I支链、第Ⅱ支链、第III支链、第IV支链)组成，其特征是：

第I支链依次由移动副一(P11)、滑杆一(2)、转动副一(R11)、连杆一(3)、圆柱副一(C11)串联而成，滑杆一(2)的一端用移动副一(P11)与静平台(0)联接，滑杆一(2)的另一端与连杆一(3)的一端由转动副一(R11)来联接，连杆一(3)另一端用圆柱副一(C11)与动平台(1)联接，在初始装配时刻，应保证移动副一(P11)、转动副一(R12)、圆柱副一(C11)这三个运动副的轴线两两相互垂直。

第Ⅱ支链依次由移动副二(P21)、滑杆二(4)、转动副二(R21)、连杆二(5)、圆柱副二(C21)串联而成，滑杆二(4)的一端用移动副二(P21)与静平台(0)联接，滑杆二(4)的另一端用转动副二(R21)来联接连杆二(5)的一端，连杆二(5)另一端用圆柱副二(C21)与动平台(1)联接，在初始装配时刻，应保证移动副二(P21)、转动副二(R21)、圆柱副二(C21)这三个运动副的轴线两两相互垂直。

第III支链依次由转动副三(R3)、连杆三(6)、转动副四(R4)、连杆四(7)、转动副五(R5)、连杆五(8)、转动副六(R6)、连杆六(9)、转动副七(R7)串联而成，连杆三(6)的一端用转动副三(R3)与静平台(0)联接，连杆三(6)的另一端用转动副四(R4)联接连杆四(7)的一端，连杆四(7)的另一端用转动副五(R5)联接连杆五(8)的一端，连杆五(8)的另一端用转动副六(R6)联接连杆六(9)的一端，连杆六(9)的另一端用转动副七(R7)与动平台(1)联接，转动副三(R3)、转动副四(R4)这两个转动副的轴线相互平行，转动副四(R4)、转动副五(R5)这两个转动副的轴线相互垂直，转动副五(R5)、转动副六(R6)、转动副七(R7)这三个转动副的轴线相互平行。

第IV支链依次由转动副八(R8)、连杆七(10)、球副一(S1)、连杆八(11)、球副二(S2)串联而成，连杆七(10)的一端用转动副八(R8)来联接静平台(0)，连杆七(10)的另一端与连杆八(11)的一端用球副一(S1)来联接，连杆八(11)的另一端用球副二(S2)与动平台(1)联接。

第I支链上的移动副一(P11)和第Ⅱ支链上移动副二(P21)的导轨相互平行且均与第III支链上转动副三(R3)的轴线垂直，第IV支链上转动副八(R8)可任意配置，第I支链上的圆柱副一(C11)和第Ⅱ支链上圆柱副二(C21)的轴线重合且与第III支链上转动副七(R7)的轴线平行。

本发明所述的第IV支链可以用任意无约束型S-S-P或S-P-S支链来替代。

本发明所述的第III支链上的转动副四(R4)和转动副五(R5)可用一个虎克铰或一个球副替代。

本发明所述的第I支链上的圆柱副一(C11)和第Ⅱ支链上圆柱副二(C21)均可用轴线重合的转动副与移动副的组合来替代。

本发明具有运动学正解可解析表达、运动输入—输出部分解耦、结构简单、工作空间大等优点。

附图说明

附图1为本发明的二平移二转动并联机器人装置的实施例之一的结构简图示意图。其中0为静平台，1为动平台，2为滑杆一，3为连杆一，4为滑杆二，5为连杆二，6为连杆三，7为连杆四，8为连杆五，9为连杆六，10为连杆七，11为连杆八，R11为转动副一，R21为转动副二，R3为转动副三，R4为转动副四，R5为转动副五，R6为转动副六，R7为转动副七，R8为转动副八，P11为移动副一，P21为移动副二，C11为圆柱副一，C21为圆柱副二，S1为球副一，S2为球副二。

具体实施方式

下面通过附图和实例对本发明的技术方案作进一步地说明。

附图1所示的并联机构可为本发明的实施例之一，其技术方案为：一种二平移二转动并联机器人装置，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I支链、第Ⅱ支链、第III支链、第IV支链)组成，其特征是：第I支链依次由移动副一P11、滑杆一2、转动副一R11、连杆一3、圆柱副一C11串联而成，滑杆一2的一端用移动副一P11与静平台0联接，滑杆一2的另一端与连杆一3的一端由转动副一R11来联接，连杆一3另一端用圆柱副一C11与动平台1联接，在初始装配时刻，应保证移动副一P11、转动副一R11、圆柱副一C11这三个运动副的轴线两两相互垂直；第Ⅱ支链依次由移动副二P21、滑杆二4、转动副二R21、连杆二5、圆柱副二C21串联而成，滑杆二4的一端用移动副二P21与静平台0联接，滑杆二4的另一端用转动副二R21来联接连杆二5的一端，连杆二5另一端用圆柱副二C21与动平台1联接，在初始装配时刻，应保证移动副二P21、转动副二R21、圆柱副二C21这三个运动副的轴线两两相互垂直；第III支链依次由转动副三R3、连杆三6、转动副四R4、连杆四7、转动副五R5、连杆五8、转动副六R6、连杆六9、转动副七R7串联而成，连杆三6的一端用转动副三R3与静平台0联接，连杆三6的另一端用转动副四R4联接连杆四7的一端，连杆四7的另一端用转动副五R5联接连杆五8的一端，连杆五8的另一端用转动副六R6联接连杆六9的一端，连杆六9的另一端用转动副七R7与动平台1联接，转动副三R3、转动副四R4这两个转动副的轴线相互平行，转动副四R4、转动副五R5这两个转动副的轴线相互垂直，转动副五R5、转动副六R6、转动副七R7这三个转动副的轴线相互平行；第IV支链依次由转动副八R8、连杆七10、球副一S 1、连杆八11、球副二S2串联而成，连杆七10的一端用转动副八R8来联接静平台0，连杆七10的另一端与连杆八11的一端用球副一S1来联接，连杆八11的另一端用球副二S2与动平台1联接；进一步，第I支链上的移动副一P11和第Ⅱ支链上移动副二P21的导轨相互平行且均与第III支链上转动副三R3的轴线垂直，第IV支链上转动副八R8可任意配置，第I支链上的圆柱副一C11和第Ⅱ支链上圆柱副二C21的轴线重合且与第III支链上转动副七R7的轴线平行。

当与静平台0联接的四个运动副P11、P21、R3、R8为驱动时，就可使动平台1实现垂直于转动副一R11的轴线的二维平移输出及绕转动副一R11轴线和绕圆柱副一C11的轴线的二维转动输出，进一步，动平台1绕转动副一R11的轴线的转动输出与移动副一P11、移动副二P21的移动量有关，而与驱动副R3、R8的旋转角度无关。

Claims (4)

1.一种二平移二转动并联机器人装置，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I支链和第Ⅱ支链结构相同，均由一个滑杆、一个连杆、及初始装配时刻轴线两两相互垂直的三个运动副：移动副、转动副、圆柱副组成，滑杆和连杆用转动副联接后，滑杆的另一端用移动副来联接静平台，连杆的另一端用圆柱副来联接与动平台；第III支链由四个连杆和五个转动副组成，其中，联接在静平台上的转动副三(R3)的轴线与相邻的转动副四(R4)的轴线平行且与另三个轴线平行的一组转动副：转动副五(R5)、转动副六(R6)、转动副七(R7)的转动轴线垂直；第IV支链由二个连杆、二个球副和一个转动副组成，二个连杆用球副连接后，一端与动平台用球副连接，另一端用转动副和静平台连接；第I支链上联接在静平台的移动副与第Ⅱ支链上联接在静平台的移动副的导轨相互平行且与第III支链上联接在静平台的转动副三(R3)的转动轴线垂直，第IV支链上联接在静平台的转动副八(R8)任意配置；第I支链和第Ⅱ支链上联接在动平台的圆柱副一(C11)、圆柱副二(C21)的转动轴线重合且与第III支链上联接在动平台的转动副七(R7)的轴线平行。

2.根据权利要求1所述的二平移二转动并联机器人装置，其特征是所述的第IV支链用任意无约束型S-S-P或S-P-S支链替代。

3.根据权利要求1所述的二平移二转动并联机器人装置，其特征是所述的第III支链上的转动副四(R4)和转动副五(R5)用一个虎克铰或一个球副替代。

4.根据权利要求1所述的二平移二转动并联机器人装置，其特征是所述的第I支链上的圆柱副一(C11)和第Ⅱ支链上圆柱副二(C21)用轴线重合的转动副与移动副的组合替代。