[发明专利]一种(2T1R)&(1T1R)五自由度解耦混联机构

说明书

所属技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦混联机构。

背景技术

混联机器人同时兼具串联机器人工作空间大、易控制，并联器人结构稳定、刚度大、误差积累少、动态性能好、易求得运动学反解等各自的优点，同时又能避免单纯串、并联构型缺点，在现代制造业中更具有实用性。也是创新发展各种复杂先进装备所需的新机型来源之一。

少自由度并联机构设计与创新是混联机构的设计一个重要前提，由于混联机器人包涵并联结构，并联机构存在运动耦合性强的问题。混联机器人耦合性的存在使得机构在机构设计、计算分析和运动控制等方面存在着诸多问题。因此，为简化混联机器人的控制过程，提高混联机构的解耦性已经成为机构学研究领域的热点问题。

在混联机器人研究中，黄田教授设计的4自由度TriVariant机器人由一个2自由度并联机构和一个2自由度转动头串联构成，哈尔滨量具刃具集团有限责任公司推出了一种全新结构的加工中心LINKS-EXE700，整个并联部分3T和串联部分2R构成一个具有5个自由度的混联机器人。对于五自由度混联机构的解耦性研究取得一些进展，例如，中国专利文献CN102133560A一种多喷枪协同式喷涂五轴混联机器人，该种五轴混联喷涂机器人具有结构简单、制造容易、控制解耦、运动工作空间大、定位精度高等优点，能实现高质量、高效率的喷涂。上述发明机构虽然机构动平台能实现三移两转运动，但是该类机构十分稀少，大部分机构的解耦性并没有很好解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构稳定、易于控制、运动解耦的三移两转五自由度混联机器人。其主要由一个三分支并联机构(2T1R)和一个两分支并联机构(1T1R)组成(2T1R)&(1T1R)五自由度解耦混联机构，三分支并联机构由定平台、动平台、以及连接动平台和动平台的三个分支。两分支并联机构由动平台、机构末端、以及连接动平台和末端的两个分支组成；其中定平台为长方形结构，该定平台的相邻两边设有导轨，两导轨的中心线相互垂直且均平行与定平台底面，动平台为类三角形结构；分支一由一个移动副和一个转动副一个平行四边形铰链，一个万向铰以及连接它们的连杆组成；分支二由一个移动副和一个平行四边形铰链以及两个转动副以及连接它们的连杆组成；分支三由三个转动副一个移动副和连接它们的三个连杆组成；分支四由两个方向垂直的移动副及一个转动副组成；分支五由三个转动副轴线平行的转动副和一个与之垂直的一个转动副组成。

其中，其分支一中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链另一端通过万向铰与动平台一端连接；分支二中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链的另一端通过转动副与动平台连接；分支三中的第一连杆通过转动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过移动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接；分支四中的第一连杆通过移动副与动平台连接，该第一连杆的另一端通过移动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与机构末端连接；分支五中第一连杆通过转动副与动平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与机构末端连接。

分支一中移动副的移动方向和除与动平台连接的转动副的轴线平行，且与和万向铰中一个的轴线垂直；在分支二中，移动副的移动方向和转动副的轴线平行；在分支三中，移动副方向与定平台平行，除与定平台连接的转动副外，其它两个转动副的轴线平行，且与和定平台连接的转动副的轴线垂直；分支四中两移动副相互垂直转动副与分支五中与末端连接的转动副轴线平行；分支五中前三个转动副轴线平行垂直于与末端连接的转动副轴线。

分支一中与定平台连接的移动副通过滚珠丝杆驱动实现；上述分支二中与定平台连接移动副通过滚珠丝杆驱动实现；上述分支三中与定平台连接的转动副通过伺服电机驱动实现；上述分支四中移动副通过气缸驱动，分支五中与末端连接的转动副通过伺服电机驱动。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、结构稳定，运动副有低副也有复合运动副，装配简单；

2、实现了空间三个移动自由度和两个转动自由度运动解耦；