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基于两转一移三自由度并联机构的五自由度混联机器人制造技术

技术编号:20936931 阅读:51 留言:0更新日期:2019-04-23 23:25
本发明专利技术涉及一种基于两转一移三自由度并联机构的五自由度混联机器人,由一个两转一移三自由度并联机构和与之串接的具有两自由度的姿态调整机构组成。两转一移三自由度并联机构包括定平台、上支撑平台、下支撑平台、三个分支组件、动平台组件等部件构成,所述三个分支组件中结构相同的第一、二分支组件处于同一平面内且均穿过上支撑平台,与上支撑平台用转动铰链连接,第三分支组件穿过下支撑平台并与下支撑平台用转动铰链连接;两自由度姿态调整机构包括吸盘、固设在吸盘上的C型构件、以及与C型构件通过转动铰链连接的A型构件。本发明专利技术模块化程度高,并且由于第一分支组件和第二分支组件的运动平面共面,使得机构运动学逆解解析表达式利于计算,便于轨迹规划与实时控制。

A 5-DOF Hybrid Robot Based on Two-Rotation-One-Shift-Three-DOF Parallel Mechanism

The invention relates to a five-degree-of-freedom hybrid robot based on a two-turn-one-move-three-degree-of-freedom parallel mechanism, which consists of a two-turn-one-move-three-degree-of-freedom parallel mechanism and a two-degree-of-freedom attitude adjustment mechanism in series with it. The two-turn-one-move-three-degree-of-freedom parallel mechanism consists of fixed platform, upper support platform, lower support platform, three branch components and moving platform components. The first and second branch components of the three branch components with the same structure are in the same plane and all pass through the upper support platform. They are connected with the upper support platform by rotating hinges, and the third branch component passes through the lower support platform and joins with the upper support platform. The lower support platform is connected by a rotating hinge; the two-degree-of-freedom attitude adjustment mechanism includes a sucker, a C-type component fixed on the sucker, and a A-type component connected with a C-type component through a rotating hinge. The invention has high modularity, and because the motion planes of the first branch component and the second branch component are coplanar, the inverse kinematics analytical expression of the mechanism is convenient for calculation, trajectory planning and real-time control.

【技术实现步骤摘要】
基于两转一移三自由度并联机构的五自由度混联机器人
本专利技术属于机器人领域,特别涉及一种基于两转一移三自由度并联机构的五自由度混联机器人。
技术介绍
目前,我国面向航天复合材料复杂曲面的加工主要通过五轴铣镗床和串联机器人实现,所生产产品的定位精度、重复定位精度等指标均难以达到设计要求,而混联机器人结合了串联和并联机器人的优点,与上述设备相比具有很大的优势,是复合材料高精度钻铣工具的重要发展方向。因此,基于两转一移三自由度2R1T并联机构的混联机器人具有很好的发展前景,其中,Tricept、Ecospeed和Exechon等由国外研制出的混联机器人,已经成功用于航空航天和汽车加工等需要加工复杂机构的领域,取得显著的经济效益。但是基于2R1T并联机构的混联机器人种类仍然较少,且仅有的几种机构存在运动副数目较多的问题,结构刚度不易保证。中国专利文献CN102699899A所公开的一种过约束高刚度多坐标混联机器人,并联机构部分由三个可沿轴向伸长或缩短的主动调节装置和一条从动调节装置组成,其中一条从动调节分支和两条驱动分支位于同一平面内,该并联机构的定平台做成整体式结构;该并联机构可以实现沿定平台平面内的两维转动和垂直于定平台的一个移动,再单独串接一个两自由度的执行器实现五自由度运动。该结构具有两条垂直相交的转轴,但其每条驱动支链存在的被动单自由度运动副数目为5,运动副数目多,结构刚度不易保证。中国专利文献CN104985596A所公开的一种含多轴转动支架的五自由度混联机器人,同样包含三个可沿轴向伸长或缩短的主动调节装置和一条从动调节装置,其中一条从动调节分支和两条驱动分支位于同一平面内,该并联机构定平台做成可拆分式结构,具有两条转动支架;该并联机构同样可以实现沿定平台平面内的两维转动和垂直于定平台的一个移动,再单独串接一个两自由度的执行器实现五自由度运动。该专利是上一个专利的同构情况,运动副类型、数目完全与之相同。中国专利文献CN201710858304.5所公开的一种由四自由度混联机构组成的五轴混联机器人,采用一个三自由度并联机构实现沿Z方向的移动以及转轴分别在定平台平面和动平台平面内的两维转动,再加一个沿Y轴平移的独立模块实现五自由度运动。该机构并联部分运动副数较少,但结构刚度有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种机构运动副数目少、工作空间大的、少关节过约束的五自由度混联机器人。本专利技术混联机器人机构由一个两转一移三自由度并联机构和与之串接的具有两自由度的姿态调整机构组成,包括一个两转一移三自由度并联机构和一个与所述并联机构串接的具有两自由度的姿态调整机构,其中所述两转一移三自由度并联机构包括定平台、上支撑平台、下支撑平台、三个分支组件和动平台组件,所述三个分支组件中结构相同的第一分支组件和第二分支组件处于同一平面内且均穿过所述上支撑平台,与所述上支撑平台用转动铰链连接,第三分支组件穿过所述下支撑平台并与所述下支撑平台用转动铰链连接,所述上支撑平台和所述下支撑平台均与定平台用转动铰链连接;第一分支组件、第二分支组件的前端与动平台用转动铰链连接,第三分支组件的前端与动平台固连;所述两自由度姿态调整机构包括吸盘、固设在所述吸盘上的C型构件、以及与所述C型构件通过转动铰链连接的A型构件,所述A型构件为一个长方体构件,在所述A型构件的第一端设有与刀柄连接的配合孔,所述配合孔安装进行加工的刀具,在所述A型构件的第二端设有一伸出轴,与位于所述C型构件两侧的圆形通孔形成转动铰链连接从而构成第一个转动自由度,所述C型构件的第一端设有一根转轴,转轴与动平台组件下方圆孔形成转动铰链连接从而构成第二个转动自由度。可优选的是,所述第一分支组件和第二分支组件均分别包括动平台支撑组件、第一分支主体、第二分支主体、伺服电机、滚柱导轨、丝杠组件、长光栅、丝杠座、转动支座和滑块座,所述丝杠组件的丝杠的第一端通过联轴器与伺服电机的输出端连接,并与丝杠座内的轴承配合,所述轴承的内圈通过锁紧螺母锁紧,所述轴承的外圈通过端盖固定,丝杠的第二端通过丝杠座进行支撑,丝杠的中部与固连在转动支座上的丝杠螺母形成螺旋副连接,滑块座与转动支座固连,转动支座由十字交叉轴承同上支撑平台与转动支座的配合孔转动连接,上支撑平台的左右两端转动铰链与定平台间用圆锥滚子轴承转动连接,两个转动连接的转动副轴线垂直相交,构成虎克铰,滑块座与固联在第一分支主体和第二分支主体的两条导轨配合,由丝杠螺母带动进行相对移动,长光栅位于两条导轨之间,并分别与第一分支主体和第二分支主体固连。可优选的是,所述动平台支撑组件包括两个虎克铰座和前铰轴,两端虎克铰座与前铰轴两端刚性联结,第一分支主体、第二分支主体的前端通过位于分支内部动平台支撑轴组件分别通过转动铰链与第一虎克铰座和第二虎克铰座连接,支撑轴与动平台采用双列布置的角接触轴承转动连接。可优选的是,所述第三分支组件包括第三分支主体、伺服电机、滚柱导轨、滚珠丝杠组件、长光栅、旋转支座和旋转滑块座,伺服电机、滚珠丝杠组件、滚柱导轨、以及长光栅的布置方式与所述第一分支组件或者第二分支组件相同,所述旋转滑块座与旋转支座用一组角接触球轴承转动连接,旋转支座能绕轴承的轴线旋转,旋转支座由十字交叉轴承同下支撑平台与转动组件配合孔转动连接,下支撑平台的上下两端转动铰链与定平台间通过圆锥滚子轴承转动连接,两个转动连接的转动副轴线与旋转支座绕轴承转动的轴线均垂直相交从而构成球铰,下支撑平台的上下两端转动铰链与定平台间通过圆锥滚子轴承转动连接,旋转滑块座底面连接有双列布置的四个滑块,通过滑块与第三分支的直线导轨连接构成移动副,丝杠与丝杠螺母间通过螺旋运动驱动第三分支旋转支座运动,进而驱动分支相对于旋转滑块座的运动。进一步,所述上支撑平台的两端分布两个转动铰链,中间分布两个安装孔,每个安装孔的两侧分布四个侧孔,两个安装孔能够由第一分支组件及第二分支组件贯穿,所述侧孔能够配合转动支座进行单自由度旋转,上支撑平台两端的转动铰链能与两个支撑组件旋转连接。更进一步的是,所述下支撑平台的两端分布两个转动铰链,两个转动铰链的中间设置一个用于贯穿第三分支组件安装孔,所述安装孔的两侧设置两个侧孔,两个侧孔能够配合转动支座进行单自由度旋转,下支撑平台两端的转动铰链能与两个支撑组件旋转连接。可优选的是,所述动平台组件包括动平台、第一分支虎克铰支座、第二分支虎克铰支座、第三分支接合面和定位销,所述第一分支虎克铰支座和第二分支虎克铰支座采用整根支撑轴刚性连接,支撑轴与动平台间采用成对角接触轴承转动连接,动平台与第三分支刚性联结。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:1、本专利技术的五自由度混联机器人多处转动铰链均可做成模块组件,其模块化程度高,便于装配、维修及更换;2、与专利CN102699899A和专利CN104985596A所公开的机器人相比,混联机器人机构运动副数目减少了2个,减低了机器人结构的复杂程度;3、连接铰链轴线的安装孔均在水平或竖直方向,且都位于同一个平面内,具有良好的制造和装配工艺性;4、第一分支组件和第二分支组件的运动平面共面,使得机构运动学逆解解析表达式便于计算,便于轨迹规划与实时控制。附图说明图1是本专利技术并联机构去除定平台时的整体结构示意图;图2是本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于两转一移三自由度并联机构的五自由度混联机器人,包括一个两转一移三自由度并联机构和一个与所述并联机构串接的具有两自由度的姿态调整机构,其特征在于:所述两转一移三自由度并联机构包括定平台、上支撑平台、下支撑平台、三个分支组件和动平台组件,所述三个分支组件中结构相同的第一分支组件和第二分支组件处于同一平面内且均穿过所述上支撑平台,与所述上支撑平台用转动铰链连接,第三分支组件穿过所述下支撑平台并与所述下支撑平台用转动铰链连接,所述上支撑平台和所述下支撑平台均与定平台用转动铰链连接;第一分支组件、第二分支组件的前端与动平台用转动铰链连接,第三分支组件的前端与动平台固连;以及两自由度姿态调整机构包括吸盘、固设在所述吸盘上的C型构件、以及与所述C型构件通过转动铰链连接的A型构件,所述A型构件为一个长方体构件,在所述A型构件的第一端设有与刀柄连接的配合孔,所述配合孔安装进行加工的刀具,在所述A型构件的第二端设有一伸出轴,与位于所述C型构件两侧的圆形通孔形成转动铰链连接从而构成第一个转动自由度,所述C型构件的第一端设有转轴,所述转轴与所述动平台组件的下方圆孔形成转动铰链连接从而构成第二个转动自由度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于两转一移三自由度并联机构的五自由度混联机器人,包括一个两转一移三自由度并联机构和一个与所述并联机构串接的具有两自由度的姿态调整机构,其特征在于:所述两转一移三自由度并联机构包括定平台、上支撑平台、下支撑平台、三个分支组件和动平台组件,所述三个分支组件中结构相同的第一分支组件和第二分支组件处于同一平面内且均穿过所述上支撑平台,与所述上支撑平台用转动铰链连接,第三分支组件穿过所述下支撑平台并与所述下支撑平台用转动铰链连接,所述上支撑平台和所述下支撑平台均与定平台用转动铰链连接;第一分支组件、第二分支组件的前端与动平台用转动铰链连接,第三分支组件的前端与动平台固连;以及两自由度姿态调整机构包括吸盘、固设在所述吸盘上的C型构件、以及与所述C型构件通过转动铰链连接的A型构件,所述A型构件为一个长方体构件,在所述A型构件的第一端设有与刀柄连接的配合孔,所述配合孔安装进行加工的刀具,在所述A型构件的第二端设有一伸出轴,与位于所述C型构件两侧的圆形通孔形成转动铰链连接从而构成第一个转动自由度,所述C型构件的第一端设有转轴,所述转轴与所述动平台组件的下方圆孔形成转动铰链连接从而构成第二个转动自由度。2.根据权利要求1所述的基于两转一移三自由度并联机构的五自由度混联机器人,其特征在于:所述第一分支组件和第二分支组件均分别包括动平台支撑组件、第一分支主体、第二分支主体、伺服电机、滚柱导轨、丝杠组件、长光栅、丝杠座、转动支座和滑块座,所述丝杠组件的丝杠的第一端通过联轴器与伺服电机的输出端连接,并与丝杠座内的轴承配合,所述轴承的内圈通过锁紧螺母锁紧,所述轴承的外圈通过端盖固定,丝杠的第二端通过丝杠座进行支撑,丝杠的中部与固连在转动支座上的丝杠螺母形成螺旋副连接,滑块座与转动支座固连,转动支座由十字交叉轴承同上支撑平台与转动支座的配合孔转动连接,上支撑平台的左右两端转动铰链与定平台间用圆锥滚子轴承转动连接,两个转动连接的转动副轴线垂直相交,构成虎克铰,滑块座与固联在第一分支主体和第二分支主体的两条导轨配合,由丝杠螺母带动进行相对移动,长光栅位于两条导轨之间,并分别与第一分支主体和第二分支主体固连。3.根据权利要求2所述的基于两转一移三自由度并联机构的五自由度混联机器人,其特征在于:所述动平台支撑组件包括两个虎克铰座和...

【专利技术属性】
技术研发人员:许允斗杨帆徐郑和赵云张东胜梅有恩王超岳义姚建涛周玉林赵永生
申请(专利权)人:燕山大学
类型:发明
国别省市:河北,13

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