[发明专利]一种三转一移完全各向同性并联机器人机构

说明书

所属技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种三转一移完全各向同性并联机器人机构。

背景技术

并联机器人的自由度数目一般与运动支链的数目相同，早期的并联机器人通常是6自由度的Stewart平台机构，该机构具有较高承载能力刚度大、速度响应快等优点，但Stewart平台机构具有工作空间小、运动正解困难、结构设计复杂等缺点，同时很多领域并不需要机构具有六个自由度，为了克服6自由度并联机构的这些缺点，近年来许多研究人员把注意力转向了少自由度并联机器人，少自由度并联机器人机构具有结构简单、工作空间较大、设计与控制比较简单等优点。

目前，已有一些学者设计出具有三转动一移动并联机器人机构，如中国发明专利公开号(CN1418764A)，赵铁石等人发明了一种三转一移四自由度重载静平衡并联运动模拟台机构，中国专利公开号(CN103383827A)，但上述机构均存在强耦合性导致并联机构的工作空间小，轨迹规划、控制设计和标定困难，然而至今所提出的完全各向同性并联机器人机构大多数是三自由度的，经检索发现还没有对于实现三转动一移动的完全解耦的研究，因此需要一种新的技术方法解决上述问题。

发明内容

本发明针对现有技术的空缺及不足，提供一种三转一移完全各向同性并联机器人机构，该机构具有控制简单，良好的运动学和力传递性能，运动完全解耦，可实现机构末端一维移动三维转动四自由度运动输入与输出完全一一对应。

本发明的技术方案是：本发明的并联机器人机构由定平台、动平台以及连接定平台与动平台之间的三条支链组成，其特征在于：所述定平台1和动平台12都是长方形，支链I是由一个移动副和三个转动副及连杆组成，支链II是由四个轴线垂直的或平行的转动副和一个移动副以及连接它们的4个连杆连接组成。支链III是由四个转动副和一个移动副以及5个连杆构成。所述支链I中三转动副R₁₁、R₁₂、R_Z相交于一点，转动副R₁₁、R₂₁、R₃₁轴线共轴，转动副R₁₂、R₃₂轴线共轴，连杆4为L型结构通过转动副R₁₂、R₂₃分别与支链I和支链II连接，同时连杆4另一端通过转动副R_Z与动平台连接。三个支链中四个驱动运动副分别为移动副(P₁₁)、转动副(R_Z)、(R₂₁)、(R₃₂)实现了一维移动和三维转动四自由度运动输入与输出完全一一对应。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1、本发明的完全各向同性并联机器人机构与传统的并联机器人机构相比，具有轨迹规划简单、实时控制容易，良好的运动学和力传递性能。

2、本发明的完全各向同性并联机器人机构，只含有三条支链其中支链I为双驱动支链，同时机构中存在共用连杆4，大量的减少了构件的数量，成本低。

3、本发明的空间四自由度并联机器人机构的运动平台具有明确的运动形式：空间一维移动，三个转动。在需要一维移动，三个转动控制简单的作业中有着广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的立体示意简图。

具体实施方式

本发明提供一种三转一移完全各向同性并联机器人机构。如图1所示，机构由定平台1、动平台12以及连接它们之间的三个支链组成。

支链I是由移动副P₁₁和三个转动副R₁₁、R₁₂、R_Z以及连杆2、3、4组成，连杆2的一端通过移动副P₁₁与定平台1连接，连杆2的另一端通过转动副R₁₁与连杆3连接，连杆3另一端通过转动副R₁₂与连杆4连接，连杆4另一端通过转动副R_Z与动平台连接。其中移动副P₁₁移动方向与转动副R₁₁轴线平行，转动副R₁₁、R₁₂、R_Z轴线相互垂直且交于一点。