[发明专利]一种平面三自由度结构可变的柔性并联机器人实验装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种平面三自由度结构可变的柔性并联装置，涉及机器人实验领域，尤其涉及一种平面三自由度结构可变的柔性并联机器人实验装置。

背景技术

平面三自由度并联机器人是由在平面上对称布置的三条结构相同的运动链将动平台和基座联接而构成的具有一个转动自由度和两个移动自由度的平面并联机构，具有结构简单、易于控制等优点，已经在工业领域得到了广泛应用。

传统并联机器人的构件和关节通常为刚性，然而随着科技的发展并联机器人也向着轻型化、高速化和精密化方向发展，用以满足低能耗、高效率、精密操作等生产要求。但随之而来的是由于轻质构件造成的机器固有频率的下降、高速运动时激振频率的升高以及构件的弹性振动造成系统运动精度的降低。因此，对于具有较高精度要求的并联机器人，必须考虑构件的弹性变形对系统运动精度和动力学性能的影响，由此产生了考虑杆件弹性变形的柔性杆件并联机器人这一新的研究领域。

柔顺关节是应用柔顺机构理论而产生的一种新型运动副，这种运动副通过关节自身的弹性变形来传递相邻构件间的运动。将柔顺关节应用于传统并联机器人中，取代传统运动副进行传动，可以从根本上解决传统运动副所带来的间隙、摩擦、磨损、冲击和润滑等问题，提高并联机器人系统的整体性能。基于以上分析，本发明提出一种平面三自由度结构可变的柔性并联机器人实验装置，该实验装置对于有效分析柔性并联机器人多闭环多弹性体的非线性特性具有很好的效果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种平面三自由度结构可变的柔性并联机器人实验装置，针对柔性并联机器人多闭环、多输入、多输出、多弹性体、非线性等问题，本实验装置通过改变杆件和关节的材料属性和结构参数，可以构成柔性杆件并联机器人、柔顺关节并联机器人和全柔性并联机器人，实现对三种柔性并联机器人的性能分析和实验研究。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种平面三自由度柔性并联机器人实验装置，其机械结构包括末端执行器、基座和与二者相连接的三条结构相同的运动支链和三组结构相同的驱动部分；驱动部分中，伺服电机一端通过螺栓连接固定在基座上，另一端与减速器连接，减速器的另一端与驱动副连接。

运动支链通过改变刚性杆件、柔性杆件、刚性关节和柔顺关节的存在和组合方式，构成了三种柔性并联机器人，具体包含以下3种情况：

1、运动链由柔性主动杆、刚性运动副、柔性从动杆组成。连接方式为：柔性主动杆一端与驱动副连接，另一端通过刚性转动副与柔性从动杆连接，柔性从动杆与末端执行器通过刚性运动副连接，这种连接方式构成柔性杆件并联机器人。

2、运动链由刚性主动杆、柔顺关节、刚性从动杆组成。连接方式为：刚性主动杆一端与驱动副连接，另一端通过柔顺关节与刚性从动杆连接，刚性从动杆与末端执行器通过刚性转动副连接，这种连接方式构成柔顺关节并联机器人。

3、运动链由柔性主动杆、柔顺关节、柔性从动杆组成。连接方式为：柔性主动杆一端与驱动副连接，另一端通过柔顺关节与柔性从动杆连接，柔性从动杆与末端执行器通过刚性转动副连接，这种连接方式构成全柔性并联机器人。

本发明的平面三自由度结构可变的柔性并联机器人实验装置的控制部分包括：主控工控机和测量反馈系统；主控工控机内置可编程多轴运动控制器，利用可编程多轴运动控制器对并联机器人进行控制，可编程多轴运动控制器与回零接近传感器和限位接近传感器连接，回零接近传感器安装于主动杆输出端的下方，用于机器人系统的初始化，限位接近传感器对称安装于主动杆输出端的两侧，用于保护机器人系统安全运行；测量反馈系统将并联机器人末端执行器的位姿信息经过处理后发送给主控工控机，主控工控机对接收到的信号进行分析处理，形成控制误差信号传送给可编程多轴运动控制器，构成并联机器人的闭环控制。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明通过改变刚性杆件、柔性杆件、刚性关节和柔顺关节的存在和组合方式，构成了三种柔性并联机器人，避免了重复设计和制造，实验装置具有一定的通用性。

2、本发明提供的柔性并联机器人实验装置，可以用来研究杆件柔性和关节柔性对并联机器人整体性能的影响，对于提高柔性并联机器人的性能有积极意义。

3、本发明具有测量反馈系统，可以构成闭环控制，通过采用合理的控制方法，可以有效降低弹性变形对并联机器人运行精度的影响，提高机器人的实用性，实验装置操作简便，成本低。

附图说明

图1为平面三自由度柔性杆件并联机器人机械结构俯视图。