三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构制造技术

本发明专利技术涉及工业机器人机构领域，特别是涉及到了一种三自由度的非对称完全各向同性并联机器人机构，该机构采用动、静平台加两条分支运动链的构成形式，两条分支运动链中的一条为混合链，另一条为单开链，安装于静平台上的第一移动副、第三转动副和第八转动副被选为主动副，其中第三转动副与第一移动副和第八转动副轴线垂直。第七转动副和第十一万向铰链与动平台相连。因此，本发明专利技术的并联机构动平台可实现两维转动一维移动输出运动，机构的雅可比矩阵为3×3单位阵，故动平台的输出与主动输入呈一一对应关系，减少了各运动链之间的耦合影响，解决了并联机器人解耦性差、控制设计困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构
本专利技术涉及工业机器人机构领域，特别是涉及到了一种具有两转一移三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构。
技术介绍
并联机构又称并联机器人，是近年来机构学和机器人领域研究的热点之一。相对于传统串联机构，并联机构具有刚度大、承载能力强、误差累计小、动态性能好、结构紧凑等优点，近年来被广泛应用于众多
三自由度的并联机构构型设计吸引了众多研究者的兴趣，而其中具有两个转动和一个移动自由度形式的三自由度并联机构因其广阔的应用潜力而成为该领域的研究热点。如公布号为CN103770104A、公布日为2014.05.07的中国专利申请公开了一种具有两转一移三自由度的空间串并联机构，公布号为CN102126216A、公布日为2011.07.20的中国专利申请公开了一种具有两转一移三自由度的对称机构并联机构，公布号为CN101856815A、公布日为2010.10.13的中国专利申请公开了一种具有两转一移自由度的微动并联机构，公布号为CN102126217A、公布日为2011.07.20的中国专利申请公开了一种具有两转一移三自由度的非对称结构并联机构。上述类型的并联机构在高速拾取、机械加工、空间定位、医疗器械、微操作器、力传感器、康复护理仪器等领域具有巨大的应用价值与商业价值。但已有的该类机构如：3-RPS并联机构、3-PRS并联机构等存在着转动与平动运动存在耦合使其运动学求解非常繁琐复杂等缺点，在一定程度上限制了该类机构的实际应用范围。如何设计满足功能需求，且运动学控制简单、制造成本低廉的新型三自由度并联机构是机构研究者急需解决的问题。完全各向同性并机构是目前国际国内非常重视的一个研究方向。工作空间内雅可比矩阵条件数都为1的并联机构成为完全各向同性并联机构。它的雅可比矩阵是单位阵，在运动学，力传递等方面有非常良好的特性：机构运动，力传递不失真，并且机构解耦，不存在驱动奇异。尤其是全局各向同性并联机构，它不但具有刚度大、运动响应迅速的优点，并且运动学、动力学的输入和输出间的线性关系易于实时控制。由于在高速下它可以较好的刚度和实时性保证较高的精度可以应用在重载、精密等工作要求苛刻的场合。目前，各国学者在具有三自由度并联机构各向同性构型研究方面已经展开激烈竞争以期提出性能优良的此类型并联机构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构，以解决并联机器人解耦性差、控制设计困难的问题。为了解决上述问题，本专利技术的三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构采用以下技术方案：具有两转一移三自由度的非对称并联机器人机构，包括静平台、动平台以及连接在动平台与静平台之间的两个分支运动链，两个分支运动链中的一支为混合链分支，另一支为单开链分支，所述混合链分支包括第一子分支、第二子分支以及第七转动副，第一子分支包括第三转动副、第四万向铰、第五移动副和第六万向铰，其中第三转动副的轴线与第四万向铰中的相连的轴线互相垂直，第四万向铰和第六万向铰中分别与第五移动副相邻的转动轴线相互平行且与第五移动副的轴线垂直，第四万向铰和第六万向铰中的其他两条转动轴线也相互平行；第二子分支包括自静平台开始依次串联的第一移动副和第二转动副，第一移动副的轴线与第二转动副的转动轴线互相垂直，第一、第二子分支并联构成一转一移二自由度单闭链后与第七转动副串联，并通过第七转动副与动平台连接，第二转动副的轴线与第七转动副的轴线相互垂直，在混合链中第一移动副和第三转动副为主动副；单开链分支包括从静平台到动平台依次串联的第八转动副、第九万向铰、第十转动副和第十一万向铰，第九万向铰的与第八转动副相连的轴线平行于第八转动副的轴线，第九万向铰的和第十一万向铰中与第十转动副相连的轴线相互平行且平行于第十转动副的轴线，第十一万向铰中与动平台相连的轴线与第七转动副的轴线平行，第八转动副与第七转动副的轴线相交于同一水平面内，单开链中第八转动副为主动副。静平台为矩形平台，混合链和单开链分别连接在静平台的相对的两侧。第八转动副轴线到第九万向铰中与之相平行的轴线之间的距离和第七转动副的轴线到第十一万向铰中与动平台相连接的轴线的距离相等。第一移动副和第八转动副的轴线垂直于第三转动副的轴线。在本专利技术的具有两转一移三自由度非对称无耦合完全各向同性并联机构中，安装于静平台上的第一移动副、第三转动副和第八转动副被选为主动副。其中第一移动副和第八转动副的转动轴线与第三转动副的轴线垂直。第七转动副和第十一万向铰与动平台相连。因此，本专利技术的并联机构动平台可实现两维转动一维移动输出运动。机构的雅可比矩阵为3×3单位阵，故动平台的输出与主动输入呈一一对应关系，大大减少了各运动链之间的影响，解决了并联机器人解耦性差、控制设计困难的问题。附图说明图1是三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构的实施例的原理示意图；图2是三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构的实施例的结构示意图。具体实施方式三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构的实施例，如图1-2所示，该机构包括静平台10、动平台6以及连接静平台10和动平台6的两个分支运动链，两个分支运动链中的一个为混合链分支，另一个为单开链分支。动平台6采用台面板。混合链分支包括一个空间单闭链和与之串联的第七转动副R7，所述空间单闭链包括第一子分支和第二子分支。第一子分支包括静平台10到第六万向铰U6依次设置的第三转动副R3，第四万向铰U4和第五移动副P5。第三转动副R3和第四万向铰U4通过连杆1连接，第四万向铰U4和第五移动副P5通过连杆2连接，第五移动副P5和第六万向铰U6通过连杆3连接。第一子分支中第三转动副R3的转动轴线与第四万向铰U4中与连杆1相连的轴线相互垂直同时第三转动副R3的轴线平行于z轴，第四万向铰U4和连杆2相连的转动轴线与第六万向铰U6和连杆3相连接的轴线相互平行，其他两个轴线也相互平行。第二子分支包括静平台10上的第一移动副P1和第二转动副R2，它们通过连杆5连接。第二子分支中第一移动副P1的轴线与第二转动副R2的轴线相互垂直。此支链中的第一移动副P1和第三转动副R3分别为此并联机构的主动副。所述第一子分支、第二子分支通过连杆4和第七转动副R7与动平台相连，且第二转动副R2和第七转动副R7轴线相互垂直。单开链为单开链，它包括由静平台10到动平台6依次串联的第八转动副R8、第九万向铰U9、第十转动副R10及第十一万向铰U11，其中第八转动副R8和第九万向铰U9通过连杆9连接，第九万向铰U9和第十转动副R10通过连杆8连接。第八转动副R8轴线与转动副R7的轴线在同一平面内相交且平行于xoy平面，第八转动副R8的轴线和第九万向铰U9中与杆9相连的轴线平行，第九万向铰链U9与第十转动副R10通过杆8相连，第十转动副R10与第九万向铰U9与杆8相连接的轴线平行，第十转动副R10与第十一万向U11链通过杆7相连，第十转动副R10与第十一万向铰U11中与杆7相连的轴线相互平行，第十一万向铰链U11与动平台6连接,与静平台8相连的第八转动副R8为主动副。第七转动副R7与第十一万向铰U11中与动平台6相连的轴线相互平行。第八转动副R8的轴线到第九万向铰U9中与之相连的轴线的距离与第七转动副R本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有两转一移三自由度的非对称并联机器人机构，包括静平台、动平台以及连接在动平台与静平台之间的两个分支运动链，其特征在于，两个分支运动链中的一支为混合链分支，另一支为单开链分支，所述混合链分支包括第一子分支、第二子分支以及第七转动副，第一子分支包括第三转动副、第四万向铰、第五移动副和第六万向铰，其中第三转动副的轴线与第四万向铰中的相连的轴线互相垂直，第四万向铰和第六万向铰中分别与第五移动副相邻的转动轴线相互平行且与第五移动副的轴线垂直，第四万向铰和第六万向铰中的其他两条转动轴线也相互平行；第二子分支包括自静平台开始依次串联的第一移动副和第二转动副，第一移动副的轴线与第二转动副的转动轴线互相垂直，第一、第二子分支并联构成一转一移二自由度单闭链后与第七转动副串联，并通过第七转动副与动平台连接，第二转动副的轴线与第七转动副的轴线相互垂直，在混合链中第一移动副和第三转动副为主动副；单开链分支包括从静平台到动平台依次串联的第八转动副、第九万向铰、第十转动副和第十一万向铰，第九万向铰的与第八转动副相连的轴线平行于第八转动副的轴线，第九万向铰的和第十一万向铰中分别与第十转动副相连的轴线相互平行且平行于第十转动副的轴线，第十一万向铰中与动平台相连的轴线与第七转动副的轴线平行，第八转动副与第七转动副的轴线相交于同一水平面内，单开链中第八转动副为主动副。...

【技术特征摘要】
1.具有两转一移三自由度的非对称并联机器人机构，包括静平台、动平台以及连接在动平台与静平台之间的两个分支运动链，其特征在于，两个分支运动链中的一支为混合链分支，另一支为单开链分支，所述混合链分支包括第一子分支、第二子分支以及第七转动副，第一子分支包括第三转动副、第四万向铰、第五移动副和第六万向铰，其中第三转动副的轴线与第四万向铰中的相连的轴线互相垂直，第四万向铰和第六万向铰中分别与第五移动副相邻的转动轴线相互平行且与第五移动副的轴线垂直，第四万向铰和第六万向铰中的其他两条转动轴线也相互平行；第二子分支包括自静平台开始依次串联的第一移动副和第二转动副，第一移动副的轴线与第二转动副的转动轴线互相垂直，第一、第二子分支并联构成一转一移二自由度单闭链后与第七转动副串联，并通过第七转动副与动平台连接，第二转动副的轴线与第七转动副的轴线相互垂直，在混合链中第一移动副和第三转动副为主动副；单开链分支包括从静平台到动平台依...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦斌，赵浥夫，王文胜，聂少武，刘延斌，薛玉君，许泽华，王增辉，丁丁，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41