[发明专利]一种(3T1R)&R完全各向同性混联机器人机构

说明书

所属技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种完全各向同性三移动两转动混联机器人机构。

背景技术

空间机构学的发展经历了从串联机构到并联机构再到混联机构的发展过程，混联机器人是指至少一个并联机构和一个或多个串联机构按照一定的方式组合在一起具有确定运动的复杂机械系统。同时兼具串联机器人工作空间大、易与控制，并联机器人结构稳定、刚性好；累积误差小，动态性能好，精度高各自的优点。

在混联机器人机构研究中，五自由度混联机器人得到广泛关注，学者们发明了许多新构型，如国家发明专利文献CN102672709A、CN101049692、CN102699898A，但很多混联机构都是基于Tricept并联机构模型，同时对于解耦性混联机构研究取得一些新进展，例如，中国专利文献CN102085660、CN102172913A分别提出了一种三、四自由度解耦混联联机构，机构均包含了两条支链并联机构，解决了运动耦合性。但是检索发现对五自由度各向同性及解耦的混联机构研究目前尚属空白，因此设计结构简单、结构紧凑、运动灵活、制造成本低、解耦性好、力传递性能好的混联机构具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种完全各向同性、运动解耦的(3T1R)&R型五自由度混联机器人机构，用以解决现有技术中五自由度混联机器人机构运动耦合，运动不易控制的问题。

该机构由一个3T1R并联机构串接一个转动头R组成。并联机构由定平台、动平台以及连接两平台间的四条支链组成。支链一是由一个移动副、一个平行四边形铰链、三个转动副以及四个连杆构成；支链二由一个圆柱副、三个转动副和三个连杆组成；支链三由三个移动副、一个转动副以及三个连杆组成。支链四是由六个转动副以及五个连杆组成。

支链一中，第一个连杆的一端通过移动副与定平台滑槽连接，该连杆的另一端通过平行四边形铰链与第二个连杆连接，该连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆通过转动副与第四个连杆连接，连杆另一端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，其中第二、三个连杆两端的运动副轴线相互平行同时平行于移动副移动方向，第四个连杆两端的转动轴线垂直。

支链二中，第一个连杆的一端通过圆柱副与定平台连接，该连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，其中第一、二个连杆两端运动副轴线平行、第三个连杆两端转动轴线垂直。

支链三中，第一个连杆通过方向垂直于定平台的移动副与定平台连接，连杆另一端通过移动副与第二个连杆连接，连杆另一端移动副与第三个连杆连接，连杆的另一端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，其中三个移动副方向相互垂直。

支链四中第一个连杆通过转动副与动平台连接，连杆另一端通过转动副与第二个连杆连接，连杆另一端转动副与第三个连杆连接，连杆的另一端通过转动副与第四个连杆连接，连杆的另一端通过转动副与第五个连杆连接，连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中第一连杆两端的轴线垂直，第二个连杆两端轴线平行，第三个连杆两端转动副轴线垂直，第四、五个连杆两端转动副轴线平行。

上述支链二中的圆柱副轴线垂直于支链一中移动副移动方向且平行于定平台，支链四中与定平台连接的转动副平行于支链二中圆柱副轴线，机构末端的转动副轴线垂直于动平台。支链一中平行四边形铰链可以用一个轴线平行于铰链的转动副代替，第四个连杆两端转动副可用虎克铰代替；支链二中第三个连杆两端转动副可用虎克铰代替；支链四中第三个连杆两端的转动副可以用虎克铰代替。四个支链中与定平台连接的四个运动副为主动副，机构末端与动平台间的转动副为主动副。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、混联机构末端可实现三维移动和两维转动五自由度运动输出，由一个四条支链的并联机构和一个转动副串联构成，结构简单稳定，同时并联机构中各支链中各含有一个主动副且位于定平台降低了运动惯性，具有良好的运动特性；

2、该机构末端运动雅克比矩阵为5×5对角矩阵且对角元素相同，运动完全解耦，实现了运动输入输出间一对一的控制关系，且机构在运动空间具有完全各向同性，具有良好的控制性；

3、本结构较为简单，易于加工制造和装配，可应用于低承载、高精度、高速度领域具有较高的实用价值和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的立体示意简图。

图2是整体示意结构简图。

图3是结构右视简图。