[发明专利]含平面副的三平动一转动分组解耦并联机器人

说明书

本发明提供一种含平面副的三平动一转动分组解耦并联机器人，包括固定平台、运动平台和连接于固定平台与运动平台之间的三组支链，其特征在于：固定平台和运动平台均具有三个相互正交的平面，第一组支链含有两条子支链，第二组支链和第三组支链均含有一条子支链，其中第一组支链和第二组支链中的子支链均通过转动副与运动平台连接，第三组支链中的子支链与运动平台固接，三组支链中的每条子支链均含有伸缩杆和圆盘滑块，伸缩杆的一端和圆盘滑块的一面固接。本发明通过驱动每条子支链上的伸缩杆，构成了输入和输出的分组解耦模式，大大简化了机器人运动学模型和控制系统设计，同时含平面副的短支链结构形式能够有效提高机器人的刚度和运动精度。

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体是涉及一种含平面副的三平动一转动分组解耦并联机器人。

背景技术

并联机器人与串联机器人在结构和性能特点上呈对偶关系，与传统的串联机器人相比，并联机器人具有结构刚度大，承载力高，惯性小，响应速度快，精度高等优点，被广泛应用在机械制造等相关领域。

并联机器人中六自由度机器人的研究较为全面和深入，在工业中的应用较为广泛。少自由度并联机器人具有结构简单、控制与制造成本低等特点，因此少自由度并联机器人以其自身的特点和应用潜力吸引了国内外大批学者进行研究。并联机器人的强耦合性特点往往导致其构型设计、分析计算和控制系统设计更加复杂，从而影响到实际工程中的应用效果，而具有完全解耦或者部分解耦特性的并联机器人能够有效的克服这些缺点。燕山大学研制了一种两移动一转动解耦并联机器人机构，包括定平台、动平台以及连接它们的三个分支，结构完全相同的两个分支均由一个圆柱副和两个转动副以及连接他们的两个连杆组成，另一分支由四个转动副和连接它们的三个连杆组成。北京航空航天大学研制了两级解耦的六自由度串并联微操作机器人，河北工业大学研制了正交结构解耦的6-PSS型微操作平台。

上述研究成果中涉及到不同类型的少自由度并联机器人，但具有三个平动自由度和一个转动自由度的并联机器人种类仍需扩大，结构仍需进一步简化，而同时具有完全解耦或部分解耦特性的这类机器人更不多见。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、刚度大，精度高的含平面副的三平动一转动分组解耦并联机器人。其技术方案为：

一种含平面副的三平动一转动分组解耦并联机器人，包括固定平台、运动平台和连接于固定平台与运动平台之间的三组支链，其特征在于：固定平台和运动平台均具有三个相互正交的平面，固定平台的每个平面均含有矩形中空结构，三组支链对应连接于固定平台和运动平台的三个相互正交的平面之间，第一组支链含有两条子支链，第二组支链和第三组支链均含有一条子支链，其中第一组支链和第二组支链中的子支链均通过转动副与运动平台连接，第三组支链中的子支链与运动平台固接，三组支链中的每条子支链均含有伸缩杆和圆盘滑块，其中圆盘滑块通过镶嵌在边缘的滚珠可动的嵌入到固定平台的矩形中空结构里面，与固定平台共同组成平面运动副，伸缩杆的一端和圆盘滑块的一面固接，伸缩杆的中心轴线与与其固接的圆盘滑块和固定平台组成的平面运动副对应的运动平面的法线平行，第一组支链和第二组支链中的三条子支链对应的伸缩杆的中心轴线均垂直于第三组支链中子支链对应的伸缩杆的中心轴线，三个转动副的转动轴线互相平行。

本发明与现有技术相比，其优点为：（1）通过引入平面副，简化了支链结构，这种短支链的结构形式能够有效提高机器人的刚度和运动精度；（2）通过驱动每条子支链上的伸缩杆，运动平台即可获得三个平动自由度和一个转动自由度，同时该机器人结构特点使得机器人的输入运动和输出运动具有分组解耦的特性，即三个平动自由度方向的运动分别由平行于相应自由度方向的伸缩杆控制，转动自由度完全由第一组支链中两条子支链的伸缩杆控制，从而构成了输入和输出的分组解耦模式，大大简化了机器人运动学模型和控制系统设计。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中：1、固定平台 2、运动平台 3、转动副 4、伸缩杆 5、圆盘滑块 6、滚珠。