[发明专利]一类可重构工业机器人

说明书

技术领域

本发明隶属于工业机器人领域，涉及并联机构、串联机构、协作机构与可拆分并联机构。

背景技术

串联机构是指把机器人关节或运动副依次用连杆连接而成的开环链式机构。并联机构是 指由两个或两个以上串联机构并行连接到一个公共基座和一个公共动平台，机构具有两个或 两个以上自由度，且以并联方式驱动的机构。并联机器人机构由于具有刚度重量比大、承载 能力强、误差累积小、动态性能好、结构紧凑等特点，近年来被广泛应用于众多技术领域， 但是与串联机构相比，其可用工作空间比较小，存在较多奇异形位，对部分高自由度并联机 构而言，其安装精度要求较高，这些缺点又进一步限制了并联机构的应用范围。而串联机构 的特点是可以获得较大的工作空间，但是其刚性比较差，支链一般较长，末端的位置误差是 各个连杆和关节误差的累加，因而误差累计较大。并联机构和串联机构在性能上的优缺点是 互补的。

协作机构是指通过两个独立的机构，这两个独立的机构可以是并联机构或者串联机构， 利用这两个机构末端操作器的相对刚体运动来完成给定机器人工作运动任务的机构系统。其 优点是可以把多自由度的复杂机构变成少自由度的两个机构来实现给定运动，即可把复杂机 构简化，长支链变短，从而提高系统的刚性与可靠性；通过这样的机构系统，可以方便可靠 的实现不同独立机构的组合获得不同的自由度类型，以满足不同机器人作业任务的需要，从 而方便可靠地实现系统的自由度可重构，大多数情况下还可以实现自由度自重构。

可拆分并联机构是指一个并联机构的支链可以与动平台实现自动连接或者拆分，当一个 工作任务需要高刚性的并联机构来完成时，它工作在并联机构状态，当系统需要获得较大的 空间，而对刚性的要求不高时，机构的支链与动平台自动分开，工作在串联机构状态。可拆 分并联机构适用于多工作任务和作业任务性能要求多样性的场合，可方便可靠的实现自由度 的自重构。

迄今，在并联机构研究方面，少自由度并联机构已经成为研究的热点。相对于六自由度 并联机构，少自由度并联机构有其特有的性质：其结构简单，设计、制造及控制成本相对较 低。其应用领域不断扩展，如轻工、医药、食品和电子行业的自动化生产线，加工制造业、 自动化装配，PCB(印刷线路板)的贴片机构，自由曲面抛光机构等。本发明以结构简单而性 能可靠的少自由度并联机构为基础，通过具有不同自由度类型的少自由度并联机构的不同组 合而形成多种功能的协作机构，而部分并联机构又根据实际需要可以设计成可拆分并联机构， 实现功能的进一步多样化，并能充分发挥并联机构和串联机构的优点，避免它们的缺点。

本发明的特色表现在：提供一类可重构工业机器人机构，该类机构系统能够根据实际需 要进行自由度类型重构，实现多种运动功能的任务需求。

本发明的所采用的技术方案是：协作机构和可拆分并联机构。

其工作原理是通过不同的少自由度并联或串联机构的组合组成协作机构，可以快捷可靠 的实现不同自由度类型的重构，适用于不同的机器人作业任务的需要；又可以通过可拆分并 联机构实现了另外一种自动重构，应用于对机构刚性和工作空间的不同需要的场合。

本发明机构结构紧凑，可实现系统多功能性，部分机构在整体工作过程中被多次重复利 用，从而用较少的自由度个数实现更多的功能性，符合绿色设计和可再生设计思想，具有良 好的环保功能。其重构过程快捷可靠，机构的运动控制简单且易于对运动平台进行反馈控制， 可应用于现代工业多任务加工、制造、装配、检测等场合。

附图说明

图1：本发明实施样例1机构简图。

图2：图1所示机构CAD模型。

图3：本发明实施样例2机构简图。

图4：图3所示机构CAD模型。

图5：本发明样例2的不同安装方式模型图。

图1、2中：1.旋转关节，2.运动平台，3.旋转关节，4.旋转关节，5.末端操作器，6. 旋转关节，7.直线关节，8.旋转关节，9.直线关节，10.旋转关节，11.旋转关节，12.电磁 铁连接接口，13.旋转关节，14.抓取器。