[发明专利]混联机器人系统及虚拟RCM运动控制方法

权利要求书

1.一种混联机器人系统，其特征在于，包括：

基座；

上平动机构，所述上平动机构安装于所述基座上，所述上平动机构包括第一平移组件、上支架和上转接架，所述第一平移组件被配置为驱动所述上支架沿第一方向往复移动，所述第一平移组件还被配置为驱动所述上支架沿第二方向往复移动，所述上支架与所述上转接架枢接；

下平动机构，所述下平动机构安装于所述基座上，所述下平动机构包括第二平移组件、下支架和下转接架，所述第二平移组件被配置为驱动所述下支架沿所述第一方向往复移动，所述第二平移组件还被配置为驱动所述下支架沿所述第二方向往复移动，所述下支架与所述下转接架枢接；

末端平台，所述上转接架、所述下转接架分别与所述末端平台枢接；以及

末端器械，所述末端器械安装于所述末端平台上，所述末端平台被配为驱动所述末端器械作进给运动。

2.根据权利要求1所述的混联机器人系统，其特征在于，所述基座包括上下分层设置的上支撑板和下支撑板；所述第一方向与所述第二方向相垂直；

所述第一平移组件包括第一平动台和第二平动台；所述第二平动台被配置为驱动所述第一平动台沿所述第二方向往复移动，所述第一平动台被配置为驱动所述上支架沿所述第一方向往复移动；

所述第二平动台安装于所述上支撑板上。

3.根据权利要求2所述的混联机器人系统，其特征在于，所述第二平移组件包括第三平动台和第四平动台；所述第四平台被配置为驱动所述第三平动台沿所述第二方向往复移动，所述第三平动台被配置为驱动所述上支架沿所述第一方向往复移动；

所述第一平动台与所述第三平动台之间被配置为产生位移差，以及使得所述末端平台进行俯仰运动；

所述第四平动台安装于所述下支撑板上。

4.根据权利要求1所述的混联机器人系统，其特征在于，所述上转接架包括第一横向臂以及所述第一横向臂相对的两端分别连接的第一纵向臂；所述第一纵向臂与所述末端平台枢接，所述第一横向臂的中部与所述上支架枢接。

5.根据权利要求4所述的混联机器人系统，其特征在于，所述下转接架包括第二横向臂以及所述第二横向臂相对的两端分别连接的第二纵向臂；所述第二纵向臂与所述末端平台枢接，所述第二横向臂的中部与所述下支架枢接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的混联机器人系统，其特征在于，所述末端平台包括上连接板、下连接板、位移台和滑台；所述上连接板与所述上转接架枢接，所述下连接板与所述下转接架枢接；所述滑台的导轨与所述上连接板固定连接，所述滑台的滑块与所述下连接板固定连接；所述位移台的底座与所述上连接板固定连接，所述末端器械安装于所述位移台的滑块上。

7.根据权利要求6所述的混联机器人系统，其特征在于，所述位移台为压电陶瓷位移台。

8.根据权利要求3所述的混联机器人系统，其特征在于，所述第一平动台、所述第二平动台、所述第三平动台和所述第四平动台均为直线电机。

9.一种虚拟RCM运动控制方法，该控制方法应用如权利要求1-8中任一项所述的混联机器人系统，其特征在于，所述虚拟RCM运动控制方法包括：

建立所述基座的基坐标系，并设定RCM点在所述基坐标系下的设定坐标；

确定所述末端器械绕所述RCM点的运动轨迹参数；

根据所述设定坐标和所述运动轨迹参数计算得出所述上支架分别沿所述第一方向和所述第二方向的位移量，所述下支架分别沿所述第一方向和所述第二方向的位移量，以及所述末端器械的进给量和旋转量。

10.根据权利要求9所述的虚拟RCM运动控制方法，其特征在于，所述下支架沿所述第二方向的位移量a₁、所述下支架沿所述第一方向的位移量a₂、所述上支架沿第二方向的位移量a₃，所述上支架沿第一方向的位移量a₄、所述末端器械的进给量a₅、所述末端器械的旋转量α的公式分别为：

其中，

所述RCM点在所述基坐标系x₀y₀z₀下的设定坐标为(x_c,y_c,z_c)，

所述末端器械绕所述RCM点的运动轨迹参数包括：zyz欧拉角和第五距离l_c，所述第五距离l_c为所述末端器械的末端点与所述RCM点之间的距离，

第一轴线A₁为所述下支架与所述下转接架之间的枢转轴的轴线，且平行于所述第一方向，

第二轴线A₂为所述下转接架与所述末端平台之间的枢转轴的轴线，

第三轴线A₃为所述上支架与所述上转接架之间的枢转轴的轴线，且平行于所述第一方向，

第四轴线A₄为所述上转接架与所述末端平台之间的枢转轴的轴线，

第一交点S_u为所述第三轴线A₃和所述第四轴线A₄的交点，

第二交点S_d为所述第一轴线A₁和第二轴线A₂的交点，

在所述混联机器人系统的初始状态下：

所述基坐标系x₀y₀z₀的坐标原点位于设定垂直面与所述第一轴线A₁之间的交点处，所述第二平动台的移动方向与所述设定垂直面平行，且沿所述第二平动台的移动方向，所述第二平动台关于所述设定垂直面对称，

所述基坐标系的x₀轴与所述第一轴线A₁重合，所述基坐标系的y₀轴与所述第二轴线A₂平行，所述基坐标系的z₀轴与所述末端器械的轴线平行，

第一距离h₁为所述第一交点S_u与所述第二交点S_d之间沿所述基坐标系的z₀轴的方向的距离，

第二距离h₂为所述第一交点S_u与所述末端器械的末端点之间沿所述末端器械的轴线方向的距离，

第三距离d₁为沿所述基坐标系的y₀轴方向，所述第四轴线A₄在初始状态下与所述基坐标系的y₀轴之间的距离，

第四距离d₂为所述末端器械的轴线与所述第四轴线A₄之间的距离。