两自由度并行操纵器制造技术

本发明专利技术涉及一种两自由度并行操纵器，其包括框架（１）、四个框架臂（３，３′，４，４′）、四个平台臂（５，５′，５″，５″′）、平台（６）和末端执行器，各框架和平台臂（３，３′，４，４′，５，５′，５″，５″′）具有第一端和第二端，各框架臂（３，３′，４，４′）的第一端联接到框架（１）并且各框架臂（３，３′，４，４′）的第二端联接到平台臂（５，５′，５″，５″′）的第一端，各平台臂（５，５′，５″，５″′）的第二端联接到平台（６），并且平台（６）联接到末端执行器。在所述操纵器中，第一框架臂（３）和第二框架臂（３′）被分别独立地驱动，并且第三框架臂（４）和第四框架臂（４′）用转动关节（８）联接到框架（１），第三和第四框架臂（４，４′）的旋转是被连结的。所述第一和第二框架臂（３，３′）以及第三和第四框架臂（４，４′）被包含在两个不同平面内，所述平面是正交的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】两自由度并行操纵器
本专利技术涉及一种两自由度并行操纵器(manipulator)，其主要用于物体的操纵，也 被命名为“拾放(pick-and-place) ”。所述自由度是指根据垂直和水平轴的两种平移。
技术介绍
用于拾取作业的具有两自由度的机器人被设计为具有两种平移。机器人的移动平 台主要取决于应用而保持或不保持该定向。在工业中非常广泛地使用进行两种平移并使平台定向保持恒定的两自由度机器 人。使得平台定向保持恒定的限制是通过仅允许在固体之间环形平移的平面平行四边形实 现的。这禾中组成的接合被称为TI关节(Herv6J.M. ,“Analyse structurelle des mecanismes par groupes de (^placements”，机构与机械原理，13 卷，437-450 页，1978)。这样，由 Brog^rdh提出(BrogSrdh τ.，专利No. US 6，301，988Β1，“用于两元件的相对移动的装 置”，2001)并在图1中示出的机构，一种位于棱柱状驱动器(prismatic drive)和末端执行 器之间的Π联接保证了这种末端执行器的定向。图IA和IB示出了用于该Π联接的两种不同的可能表示。图IA示出了完整的表 示在封闭链中的四个柱状关节。图IB示出了该联接的简化表示。如图2中所示，还可以使用旋转驱动器代替棱柱状驱动器产生这些机构。在图2中的关节表示示出这些结构的运动控制是通过联结到旋转驱动器中之一 的Π联接实现的。然而，如图2中的机构所示，有可能改变平面平行四边形的位置，以增加 工作容积并避开Π关节的异常位置。对图2中所表示机构的其他可能性将使用“拉姆达(lambda)”布置来进行设计。 在这种情况下，联接两固体的接合(articulation)的特定位置被限定。实际上，关节未 被放置在末端部分，而是沿着支腿放置。一个利用这种构造的熟知实例是Stewart平台 (Stewart D.，“具有6自由度的平台”，在英国机械工程师学会志，371-386页，180卷，(部 分 1，15)，1965)。“拉姆达”构造的优点是为了更改驱动器的种类(图3A)，或者为了缩小平台的尺 寸(图3B)。这种结构比高速运动更适于操纵重负载。最后，由Liu提出的过约束机构(Liu X. J. ,Kim J.，“具有小于六自由度的两新型 并行机构及其应用”，在研讨会会刊中关于并行机构和操纵器基本问题和未来研究方向，加 拿大，魁北克省，魁北克市，10月，172-177页，2002)使用将平台与位于垂直位置的两个移 动促动器联结的Π联接，见图4A和图4B。这种构造还被用来构建具有在移动工作台上的第 三轴的混合铣床(图4Β)。在图4C中绘示出其对应的关节和环路图示。这种机器人的主要应用是需要短周期时间的物体操纵。然而，所有提出的机构都 是被构建在一个平面中。由于此原因，这些机构经过横轴的刚性是由机器人的支腿来保证 的，其沿着该轴必须是刚性的以将振动和偏斜降到最低。它导致不利于机器人动力学的笨重零件。这个重大的缺陷造成实现高加速度以及进而实现短周期时间的困难。这个缺陷的 另一个后果是由平面结构引起的振动，其造成缺少精确度。
技术实现思路
本专利技术涉及一种两自由度并行操纵器，其包括框架、第一框架臂、第二框架臂、第 一平台臂、第二平台臂、平台和末端执行器。各平台臂具有第一端和第二端。类似地，各框 架臂具有第一端和第二端。所述操纵器的连接是第一和第二框架臂的第一端联接到框架。 第一框架臂的第二端联接到第一平台臂的第一端。类似地，第二框架臂的第二端联接到第 二平台臂的第一端。一种可能的联接部件是球形关节。可以将框架臂和平台臂的联合理解 为以它们的对应端联接到平台和框架的运动链。将末端执行器联接到平台。分别独立地驱 动第一框架臂和第二框架臂。所述框架臂可以例如由电动机驱动。各框架臂可以具有电动 机，该电动机可产生与另一个框架臂的运动不同的运动。根据本专利技术，两自由度并行操纵器进一步包括具有它们的对应平台臂(即第三平 台臂和第四平台臂)的第三框架臂和第四框架臂。第三框架臂和第四框架臂到它们的对应 平台臂的连接相当于第一和第二框架臂上形成的连接。本专利技术增加相当于前面所述的两个 附加的运动链。然而，所述第三和第四框架臂联接到具有转动关节的框架。第三框架臂和 第四框架臂的旋转是被连结的，以便第三框架臂旋转在量级上等于第四框架臂旋转并具有 与第四框架臂旋转相反的方向。这意味着例如当第三框架臂顺时针旋转30°时，第四框架 臂逆时针旋转30°。备选地，第三框架臂顺时针1弧度/秒的转速对应于第四框架臂逆时 针1弧度/秒的转速。所述第一和第二框架臂以及所述第三和第四框架臂的构造是第一框架臂和第二 框架臂被包含在第一平面内，而第三框架臂和第四框架臂被包含在第二平面内，第一平面 和第二平面是正交的。第三和第四框架臂的连结牵涉(involve)第一和第二平台臂以及平台被包含在 第一平面内(在前面段落中定义)。现有的两自由度并行操纵器被构建在一个平面内。由于此原因，这些机构经过横 轴的刚性是由机器人的支腿来保证的，其沿着该轴必须是刚性的以将振动和偏斜降到最低 并增加定位精确度。它导致不利于机器人动力学的笨重零件。操纵器的这种特定构造将操纵器的自由度限制为两个。本专利技术的机构使用保证结 构经过横轴的高刚性的附加运动链。结果是提出一种比现有的机器人硬十倍、具有轻五倍的结构的机器人。这种结果显示了机器人能够达到更高的动力学，即更短的周期时间，具有更轻的 结构。在一个优选实施例中，平台可以是刚性的。平台的刚性意指平台不能弯曲且组成 平台的元件或零件不能改变其相对位置。本专利技术提出了不同的替代方案以进行对第三框架臂和第四框架臂的旋转连结。所 述连结可以用转动关节实现，所述转动关节包括两个半径比等于1的齿轮，各齿轮连接到 第三框架臂和第四框架臂。第二种选择在于转动关节，所述转动关节包括四个具有相等半 径的滑轮和两条被固定在滑轮上交叉带，各滑轮连接到第三框架臂和第四框架臂。这种滑轮_带构造中的一个将被用来折叠第三和第四框架臂，而第二滑轮_带构造将被用来打开 所述第三和第四框架臂。第三种选择是使用两条支腿，其由第一支腿和第二支腿组成，各支 腿具有第一端和第二端。所述第一支腿通过第一端上的转动关节联接到第三框架臂并通过 第二端上的移动关节(prismatic joint)联接到框架，并且所述第二支腿通过第一端上的 转动关节联接到第四框架臂并通过第二端上的移动关节联接到框架。第一支腿和第二支腿 二者都具有相同的长度并在它们的第二端上共用相同的移动关节，也就是说，两个第二端 都被连结在一起并且联接在所述移动关节上。附图说明为补充正在进行的描述，并且为了帮助根据本专利技术的优选的实际实施例更好地理 解其描述和特征的目的，附加一组附图作为所述描述的主要部分，所述附图说明性且非限 制性地示出以下内容。图1示出了具有恒定定向平台和棱柱状驱动器的两自由度机构的表示。图IA示出了图1的机构的关节和环路图。图IB示出了图1的机构的使用Π关节表示的关节和环路图。图2示出了具有恒定定向平台和旋转驱动器的两自由度机器人，其表示及其环路 图使用Π关节表示。图3Α示出了机构的表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：F皮埃罗，S克鲁，O孔帕尼，V纳巴，C巴拉达，AJ萨恩斯费尔南德斯，
申请(专利权)人：法特罗尼克基金会，法国国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：ES