CN105643601B - 一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人平台 - Google Patents

Abstract

一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人平台，包含动平台(1)、静平台(0)，以及连接动平台(1)、静平台(0)的空间复杂支链和两条S‑S‑R无约束支链，空间复杂支链的主链上，驱动杆一(2)的一端与静平台(0)以转动副一(R₁₁)连接，驱动杆一(2)的另一端与球副平行四边形一的一端短边杆一固定连接，另一端短边杆二(4)与动平台(1)用转动副二(R₁₂)连接；副链的结构同主链，但转动副三(R₂₁)与转动副(R₁₁)的轴线不平行，驱动杆二(5)的另一端与球副平行四边形二的一端短边杆一固定连接，另一端短边杆三(7)与球副平行四边形一的短边杆二(4)用转动副四(R₂₂)连接，且转动副六(R₂₂)与转动副二(R₁₂)的轴线重合。该种并联机构结构简单、制造容易、耦合度低(k＝1)。

Description

一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人 平台

技术领域

本发明涉及一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人平台，为机器人操作手等提供一个新型的三平移一转动并联机器人平台。

背景技术

并联结构的平台，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；2000后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；而专利201210435375.1提出了一种单平台实现三平移一转动的并联机构，并研制了样机。但上述这些机构结构复杂，机构耦合度k均较大(k＝2)，这使得机构的运动学正解和动力学求解十分困难，从而影响了开发与应用；因此，实现三平移一转动功能的新型结构和应用都需要发展，需要创造出优于现有机构的新机型。

发明内容

本发明的目的是要克服现有技术的不足而提供一类新的三平移一转动并联机器人平台，它们具有刚性好、结构较简单、易于精密加工；耦合度k低(k＝1)、运动学正解和动力学求解比较容易等优点。

本发明提供的一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人平台，其技术方案是：一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人平台，包含动平台(1)、静平台(0)，以及连接动平台(1)、静平台(0)的空间复杂支链和两条S-S-R无约束支链，其特征是：空间复杂支链包含1条主链和1条副链，主链上，驱动杆一(2)的一端与静平台(0)以转动副一(R₁₁)连接，驱动杆一(2)的另一端与由四个球副和四个杆组成的球副平行四边形一的一端短边杆一固定连接，球副平行四边形一的另一端短边杆二(4)与动平台(1)用转动副二(R₁₂)连接；进一步，在两个球副平行四边形的两个长边杆之间距离等于其短边杆的任意两点之处，须用一连杆(3)带转动副A(R_a)、转动副B(R_b)连接，这两个转动副位于该两点之处；副链的结构同主链，但驱动杆二(5)的一端与静平台(0)以转动副三(R₂₁)连接，而转动副三(R₂₁)与转动副一(R₁₁)的轴线不平行，驱动杆二(5)的另一端与由四个球副和四个杆组成的球副平行四边形二的一端短边杆一固定连接，球副平行四边形二的另一端短边杆三(7)与球副平行四边形一的短边杆二(4)用转动副四(R₂₂)连接，且转动副四(R₂₂)与转动副二(R₁₂)的轴线重合；两条S-S-R无约束支链在静平台(0)、动平台(1)上的转动副和球副可任意布置，进一步，在动平台(1)上的两个球副可以合并为一个二重球副。

其中，两条无约束型支链S-S-R，可用S-S-P或S-P-S无约束型支链去替代。

进一步，每条支链上与静平台(0)联接的四个转动副为驱动副，可以用移动副来替代；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该平台就分别成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目分别为三、二、一，其它的运动为派生运动。

附图说明

附图1为本发明的实施例之一的结构简图示意图；

附图2为本发明的实施例之二的结构简图示意图；

附图3为本发明的实施例之三的结构简图示意图。

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所示的并联机器人装置为本发明的实施例之一，其技术方案是这样的：一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人平台，包含动平台1、静平台0，以及连接动平台1、静平台0的空间复杂支链和两条S-S-R无约束支链，空间复杂支链包含1条主链和1条副链，主链上，驱动杆一2的一端与静平台0以转动副一R₁₁连接，驱动杆一2的另一端与由四个球副和四个杆组成的球副平行四边形一的一端短边杆一固定连接，球副平行四边形一的另一端短边杆二4与动平台1用转动副二R₁₂连接；进一步，在两个球副平行四边形的两个长边杆之间距离等于其短边杆的任意两点之处，须用一连杆3带转动副A(R_a)、转动副B(R_b)连接，这两个转动副位于该两点之处；副链的结构同主链，但驱动杆二5的一端与静平台0以转动副三R₂₁连接，而转动副三R₂₁与转动副一R₁₁的轴线不平行，驱动杆二5的另一端与由四个球副和四个杆组成的球副平行四边形二的一端短边杆一固定连接，球副平行四边形二的另一端短边杆三7与球副平行四边形一的短边杆二4用转动副四R₂₂连接，且转动副四R₂₂与转动副二R₁₂的轴线重合；两条S-S-R无约束支链在静平台0、动平台1上的转动副R₃、R₄和球副S₁₀、S₁₁可任意布置。

其中，两条无约束型支链S-S-R，可用S-S-P或S-P-S无约束型支链去替代。

当与静平台0联接的四个转动副R₁₁、R₂₁、R₄、R₃＝为驱动时，就可使动平台1实现三维平移及绕动平台1上转动副二R₁₂轴线的一维转动输出；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该平台就分别成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目分别为三、二、一，其它的运动为派生运动。

进一步，图1所示的动平台1上的两个球副S₁₀、S₁₁，可合并为一个二重球副S₁₀(图2)

对附图2所示的实施例之二，为制造方便，将其动平台1上的二重球副S₁₀，拉开后布置在一个非动平台的构件上，即构成附图3所示的本发明实施例之三的结构简图示意图。

Claims (3)

1.一种低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人平台，包含动平台(1)、静平台(0)，以及连接动平台(1)、静平台(0)的空间复杂支链和两条S-S-R无约束支链，其特征是：空间复杂支链包含1条主链和1条副链，主链上，驱动杆一(2)的一端与静平台(0)以转动副一(R₁₁)连接，驱动杆一(2)的另一端与由四个球副和四个杆组成的球副平行四边形一的一端短边杆一固定连接，球副平行四边形一的另一端短边杆二(4)与动平台(1)用转动副二(R₁₂)连接；在两个球副平行四边形的两个长边杆之间距离等于其短边杆的任意两点之处，须用一连杆(3)带转动副A(R_a)、转动副B(R_b)连接，这两个转动副位于该两点之处；副链的结构同主链，但驱动杆二(5)的一端与静平台(0)以转动副三(R₂₁)连接，而转动副三(R₂₁)与转动副一(R₁₁)的轴线不平行，驱动杆二(5)的另一端与由四个球副和四个杆组成的球副平行四边形二的一端短边杆一固定连接，球副平行四边形二的另一端短边杆三(7)与球副平行四边形一的短边杆二(4)用转动副四(R₂₂)连接，且转动副四(R₂₂)与转动副二(R₁₂)的轴线重合；两条S-S-R无约束支链在静平台(0)、动平台(1)上的转动副和球副可任意布置，进一步，在动平台(1)上的两个球副可以合并为一个二重球副。

2.按权利要求1所述的低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人平台，其特征是：两条无约束型支链S-S-R，可用S-S-P或S-P-S无约束型支链去替代。

3.按权利要求1或2所述的低耦合度三运动副动平台的三平移一转动并联机器人平台，其特征在于：每条支链上与静平台(0)联接的四个转动副为驱动副，可以用移动副来替代；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该平台就分别成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目分别为三、二、一，其它的运动为派生运动。