一种1T&(1T2R)&1R完全各向同性混联机器人机构制造技术

一种机器人技术领域的完全各向同性两移动三转动五自由度混联机构，包括：静平台、底平台和上平台以及连接两平台之间三条支链的(1T2R)并联机构、机构末端，其中：静平台由移动副1T与底平台连接，支链一是由一个移动副和两个轴线垂直的转动副及连杆组成，支链二依次由一个转动副一个移动副和三轴线平行的转动副和连杆连接组成。支链三是由一个转动副一个移动副和三轴线平行的转动副及连杆构成，上平台经转动副1R与机构末端连接。该机构中与底平台及机构末端连接的五个运动副为主动驱动，实现了两维移动和三维转动五自由度运动输出完全解耦，本发明专利技术结构简单，成本低，运动解耦，运动学完全各向同性。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】所属
本专利技术属于机器人领域，特别涉及一种完全各向同性两移动三转动混联机器人机构。
技术介绍
并联机器人机构是由多条支链的组成的一种闭环结构，故其具有刚性好、精度高、响应速度快等优点如在工业中广泛使用的Delta三移动并联机器人和Stewart六自由度并联机器人，然而相对串联机器人却存在运动空间小这一缺陷。于是人们将串联机构和并联机构结合起来，取长补短，进而得到了混联机器人。因此混联机构在工业机器人、数控机床、医用机器人以及服务机器人等领域具有广泛的应用。目前混联机器人机构大多采用的是在并联机构串接一个串联机构形式，如中国专利技术专利文献 CN101966500A、CN101966502A、CN103909518A、CN103624774A，然而大多存在的混联机构基本上是实现三维移动和二维转动功能。对于实现两移动三转动的研宄较少。然而并联机构的研宄是混联机构创新的源泉，经检索发现对于1T2R型解耦并联机构的研宄取得了一定的进展如中国专利文献CN103302661A，但是该机构的3个主动驱动位于两条支链，且含有一条六自由度支链，机构的运动惯性较大，且不具有完全各向同性的性能。因此需要一种新的技术方法解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的空缺及不足，提供一种1T&(1T2R)&1R完全各向同性混联机器人机构，该机构在实现末端两维移动三维转动五自由度运动输出的同时还能具有完全各向同性及完全解耦的性能。该机构主要由静平台、底平台和上平台以及连接两平台之间三条支链的(1T2R)并联机构、机构末端及连接它们之间的运动副组成。其中:静平台由移动副IT与底平台连接，支链一是由一个移动副和两个轴线垂直的转动副及连杆组成，支链二依次由一个转动副一个移动副和三轴线平行的转动副和连杆连接组成。支链三是由一个转动副一个移动副和三轴线平行的转动副及连杆构成，支链一中，第一个连杆的一端通过移动副与底平台连接，该连杆的另一端通过移动副与第二个连杆连接，该连杆另一端通过虎克铰与上平台连接，其中移动副平行于底平台，虎克铰中一个转动副轴线垂直于底平台；支链二中，第一个连杆通过轴线平行于底平台的转动副与底平台连接，连杆另一端通过移动副与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，该连杆的另一端通过转动副与第四个连杆连接，该连杆另一端通过轴线垂直于上平台的转动副与上平台连接，其中第一个连杆两端的运动副中心线方向相互垂直，第三、四个连杆两端的转动副轴线相互平行；支链三中第一个连杆通过轴线垂直于底平台的转动副与底平台连接，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，该连杆的另一端通过转动副与上平台连接，其中第一个连杆两端的运动副中心线相互垂直，第二个连杆两端运动副中心线相互平行，第三、四连杆两端的转动副轴线相互平行；静平台连接的移动副和支链一移动副方向相互垂直且都平行于定平面，与机构末端连接的转动副轴线和支链一中虎克铰转动轴心交于一点。上述支链二中第二个连杆两端的运动副可以用圆柱副代替，支链三中第二个连杆两端的移动副和转动副可以用圆柱副代替。静平台连接的移动副为主动副，底平台连接的三个转动副为上动副，机构末端连接的转动副为主动副。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:1、该混联机构属于在并联结构基础上串接运动副的结构形式，结构较为简单且运动副为简单副，成本低且易于装配；2、各支链中各含有一个主动副且位于平台上降低了运动惯性，具有良好的运动特性；3、该机构末端运动雅克比矩阵为5X5单位矩阵，具有完全各向同性且完全解耦，实现了两移动三转动五自由度运动输入输出间一对一的控制关系，在机构转动的同时不产生伴随移动，且具有良好的力学传递性能。【附图说明】图1是本专利技术的立体示意简图。图2是整体示意结构简图。【具体实施方式】一种1T&(1T2R)&1R完全各向同性混联机器人机构，如图1、2所示，静平台I通过方向平行于静平面的移动副？工与底平台2连接，上平台5通过三条支链与底平台2连接，机构末端14通过转动副&与上平台连接。底平台2、上平台5以及连接两平台间的三条支链组成(1T2R)并联机构。支链一中，第一个连杆3的一端通过移动副P11与底平台I上滑槽连接，连杆3的另一端通过虎克铰4与上平台5连接，其中移动副P11移动方向与移动副Pl垂直且平行于静平面，虎克铰4中转动副Rll轴线垂直于静平台I ;支链二中，第一个连杆6通过轴线平行于底平台2的转动副R21与底平台2连接，连杆6另一端通过移动副P21与第二个连杆7连接，连杆7另一端通过转动副R22与第三个连杆8连接，连杆8的另一端通过转动副R23与第四个连杆9连接，连杆9另一端通过轴线垂直于上平台的转动副R24与上平台5连接，其中转动副R21轴线平行于虎克铰中转动轴R12,移动副P21中心线垂直于转动副R21轴线，转动副R 22、R23.R24轴线相互平行且垂直于上平台5 ；支链三中第一个连杆10通过轴线垂直于底平台的转动副R31与底平台2连接，连杆10另一端通过移动副P31与第二个连杆11连接，连杆11另一端转动副R32与第三个连杆12连接，连杆12的另一端通过转动副R33与第四个连杆13连接，连杆13的另一端通过转动副R34与上平台5连接，其中移动副P31中心线垂直于转动副R31，移动副P31与转动副R 32、R33、R34轴线相互平行于支链二中转动副R21;机构末端14通过转动副R4与上平台连接其轴线和虎克铰4中心交于一点。静平台连接的移动副P1S主动副，控制机构沿P工方向的移动，其驱动机构可通过直线伺服电机或电机带动丝杆机构；支链一中主动副为移动副P11控制机构沿P η方向的移动，其驱动机构可通过电机带动丝杆机构，支链二中主动副为转动副R21，控制机构绕R12轴线的转动，可通过伺服电机驱动；支链三中主动副为转动副R31，控制机构绕R11轴线的转动，可通过伺服电机驱动；机构末端连接的转动副R4为主动副为，控制机构绕R4轴线的转动，可通过伺服电机驱动。最终实现该机构两移动三转动五自由度运动输出完全解耦且具有完全各向同性。【主权项】1.一种1T&(1T2R)&1R完全各向同性混联机器人机构，其特征在于:一个(1T2R)并联机构分别在底平台上串接一个移动副IT和在上平台上串接一个转动副IR组成1T&(1T2R)&1R混联机构，其中(2T1R)并联机构由底平台、上平台以及连接两平台间的三条支链组成。支链一中，第一个连杆的一端通过移动副与底平台连接，该连杆的另一端通过移动副与第二个连杆连接，该连杆另一端通过虎克铰与上平台连接，其中移动副平行于底平台，虎克铰中一个转动副轴线垂直于底平台；支链二中，第一个连杆通过轴线平行于底平台的转动副与底平台连接，连杆另一端通过移动副与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，该连杆的另一端通过转动副与第四个连杆连接，该连杆另一端通过轴线垂直于上平台的转动副与上平台连接，其中第一个连杆两端的运动副中心线方向相互垂直，第三、四个连杆两端的转动副轴线相互平行；支链三中第一个连杆通过轴线垂直于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种1T&(1T2R)&1R完全各向同性混联机器人机构，其特征在于：一个(1T2R)并联机构分别在底平台上串接一个移动副1T和在上平台上串接一个转动副1R组成1T&(1T2R)&1R混联机构，其中(2T1R)并联机构由底平台、上平台以及连接两平台间的三条支链组成。支链一中，第一个连杆的一端通过移动副与底平台连接，该连杆的另一端通过移动副与第二个连杆连接，该连杆另一端通过虎克铰与上平台连接，其中移动副平行于底平台，虎克铰中一个转动副轴线垂直于底平台；支链二中，第一个连杆通过轴线平行于底平台的转动副与底平台连接，连杆另一端通过移动副与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，该连杆的另一端通过转动副与第四个连杆连接，该连杆另一端通过轴线垂直于上平台的转动副与上平台连接，其中第一个连杆两端的运动副中心线方向相互垂直，第三、四个连杆两端的转动副轴线相互平行；支链三中第一个连杆通过轴线垂直于底平台的转动副与底平台连接，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，该连杆的另一端通过转动副与上平台连接，其中第一个连杆两端的运动副中心线相互垂直，第二个连杆两端运动副中心线相互平行，第三、四连杆两端的转动副轴线相互平行。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹毅，秦友蕾，陈海，单春成，李保坤，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32