一種六自由度混聯(lián)機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種六自由度混聯(lián)機器人?；炻?lián)機構(gòu)的組合形式是多樣的，其中一種就是將兩個或若干少自由度并聯(lián)機構(gòu)以串聯(lián)的形式連接，形成具有多個自由度的新型機構(gòu)。該類混聯(lián)機構(gòu)不僅具有相對較大的工作空間，而且機構(gòu)慣性較小，運動學簡單易于控制，集成了串、并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)點，同時又彌補了串、并聯(lián)機構(gòu)的缺點。研究混聯(lián)機構(gòu)將進一步推動新型工業(yè)機器人的創(chuàng)新與發(fā)展。
【專利說明】
-種六自由度混聯(lián)機器人
技術領域
[0001] 本實用新型設及一種六自由度混聯(lián)機器人，尤其是一種由兩類少自由度并聯(lián)機構(gòu) 混聯(lián)而成的六自由度機器人。
【背景技術】
[0002] 六自由度機器人因其在工程應用中具有通用性而備受關注，主要分為串聯(lián)式、并 聯(lián)式和混聯(lián)式=種型式。
[0003] 典型的串聯(lián)機構(gòu)為六自由度旋轉(zhuǎn)關節(jié)機構(gòu)(6財幾器人），該類機構(gòu)通常由若干連桿 和關節(jié)順次連接而成，因而其運動學方程很容易由D-H參數(shù)法迅速建立和求解；另外，通過 優(yōu)化設計各個連桿的參數(shù)很容易使機構(gòu)末端獲得很大的工作空間；隨著技術的進步，該類 機構(gòu)的承載能力W及速度和精度已經(jīng)提升到較高的水平，在汽車焊接與噴漆、產(chǎn)品搬運與 包裝等生產(chǎn)線上發(fā)揮著極其重要的作用，是目前應用最為廣泛的工業(yè)機器人。
[0004] 六自由度并聯(lián)機構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)為六支鏈的Stewart平臺，該并聯(lián)機構(gòu)由動靜平臺 W及連接動靜平臺的六條相同的支鏈構(gòu)成，動平臺在六條支鏈的驅(qū)動下具有六個自由度， 可W實現(xiàn)各類復雜位姿的調(diào)整，并且動平臺具有較高的負載能力，主要被用作汽車和飛行 器等的運動模擬器。
[0005] 串聯(lián)機構(gòu)和并聯(lián)機構(gòu)都具有各自突出的優(yōu)勢，但同時又存在各自的缺點。串聯(lián)機 構(gòu)由于連桿和驅(qū)動等的疊加，導致機構(gòu)慣量比較大，限制了其速度進一步的提升;并聯(lián)機構(gòu) 由于其構(gòu)型特點導致工作空間較小，成為限制其推廣的主要因素;其次，并聯(lián)機構(gòu)運動學及 動力學方程往往存在不同程度的禪合，進一步增加了運動控制器的設計難度。
[0006] 故，需要一種新的技術方案W解決上述問題 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型的目的是在于提供一種新的六自由度機器人，具有工作空間大、動力 學模型簡單且易于控制的優(yōu)點。
[000引本實用新型新型混聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成如下：
[0009] -種六自由度混聯(lián)機器人，包括過渡平臺、連接過渡平臺一面的=個傳動支鏈、一 一對應=個傳動支鏈的=個直線驅(qū)動部件、連接過渡平臺另一面的=個弧形主動連桿、連 接=個弧形主動連桿的=個弧形從動連桿、驅(qū)動弧形主動連桿轉(zhuǎn)動的=個驅(qū)動裝置、連接 從動連桿的動平臺；所述每個傳動支鏈的一端分別安裝在對應直線驅(qū)動部件上并在直線驅(qū) 動部件的驅(qū)動下沿直線運動，而每個傳動支鏈的另一端連接于過渡平臺一面上;所述的弧 形主動連桿的一端安裝在過渡平臺上，而每個弧形主動連桿的另一端連接于一一對應的弧 形從動連桿上，弧形從動連桿的另一端連接于動平臺。
[0010] 相對于現(xiàn)有技術，本實用新型中將兩種少自由度并聯(lián)機構(gòu)通過串聯(lián)的形式進行拼 裝而得到一種混聯(lián)六自由度機器人，根據(jù)兩類少自由度并聯(lián)機構(gòu)的自由度性質(zhì)易知，機構(gòu) 末端的空間位置完全由一種=自由度移動的并聯(lián)機構(gòu)獨立控制，空間姿態(tài)完全由一種=自 由度轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機構(gòu)獨立控制，即平動自由度與轉(zhuǎn)動自由度互不影響，相輔相成，使該混聯(lián) 的六自由度機器人工作空間大、機構(gòu)末端位置和姿態(tài)解禪、動力學模型簡單且易于控制，而 且其動作頻率能滿足電子組裝時快速重復動作的要求。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本實用新型新型混聯(lián)機構(gòu)的立體圖；
[0012] 圖2為本實用新型的一種S自由度轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機構(gòu)的立體圖；
[0013] 圖3為一種=自由度轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機構(gòu)的單條傳動支鏈示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 請參閱圖1及圖2所示，本實用新型公開一種六自由度混聯(lián)機器人，包括過渡平臺 1、連接過渡平臺的=個傳動支鏈2、一一對應=個傳動支鏈2的=個直線驅(qū)動部件3、連接過 渡平臺1的=個弧形主動連桿4、連接=個弧形主動連桿4的=個弧形從動連桿5、驅(qū)動弧形 主動連桿4轉(zhuǎn)動的=個驅(qū)動裝置6、動平臺7;所述=個弧形從動連桿5均連接在該動平臺7 上。其中，=個傳動支鏈2及=個直線驅(qū)動部件3為一個并聯(lián)機構(gòu)，而=個弧形主動連桿4、= 個弧形從動連桿5、=個驅(qū)動裝置6形成另一個并聯(lián)機構(gòu)，該兩個并聯(lián)機構(gòu)的混聯(lián)即形成該 六自由度混聯(lián)機器人。所述過渡平臺1位于傳動支鏈2與弧形主動連桿4之間的位置。所述每 個傳動支鏈2的一端分別安裝在對應直線驅(qū)動部件3上并在直線驅(qū)動部件3的驅(qū)動下沿直線 運動，而每個傳動支鏈2的另一端連接于過渡平臺1上。進一步的，所述直線驅(qū)動部件3上設 有直線運動的移動塊31。所述每個傳動支鏈2包含一個主動桿件21及一個從動桿件22。所述 主動桿件21的一端連接在所述移動塊31上并且與該移動塊31之間形成第一轉(zhuǎn)動副23。所述 主動桿件21與從動桿件22連接處形成第二轉(zhuǎn)動副24。所述從動桿件22與過渡平臺1連接，且 從動桿件22與過渡平臺1之間形成第=轉(zhuǎn)動副25。且所述第一轉(zhuǎn)動副23的軸線、第二轉(zhuǎn)動副 24的軸線、第=轉(zhuǎn)動副25的軸線均互相平行。在本實施方式中，所述直線驅(qū)動部件3為由電 機驅(qū)動的絲桿與沿著絲桿移動的移動塊31組成，從而形成移動塊31的移動，而在其他實施 方式中，采用如齒輪齒條、液壓、氣壓結(jié)構(gòu)等本領域常規(guī)的直線驅(qū)動的方式均可W成為該直 線驅(qū)動部件3,在此不再寶述。本實施方式中還設有機架8,所述=個直線驅(qū)動部件3安裝在 機架8上。
[0015] 進一步的，所述過渡平臺1上設有支架11，所述=個驅(qū)動裝置6安裝于支架11上，且 =個驅(qū)動裝置6與=個弧形主動連桿4形成=個第四轉(zhuǎn)動副41，該=個第四轉(zhuǎn)動副41分別位 于同一個圓周的的=個=等分點。所述=個弧形主動連桿4與=個弧形從動連桿5連接處形 成=個第五轉(zhuǎn)動副51;=個弧形從動連桿5分別與動平臺7的連接處形成=個第六轉(zhuǎn)動副 71;所述=個第六轉(zhuǎn)動副71分別位于同一圓周的=個=等分點;所述=個第四轉(zhuǎn)動副41、= 個第五轉(zhuǎn)動副51及=個第六轉(zhuǎn)動副71的共九條軸線始終相交于一點。為了避免干設，所述 主動連桿4及從動連桿5均為弧形，且弧形主動連桿4位于弧形從動連桿5形成的圓周范圍 內(nèi)，而所述=個驅(qū)動裝置6位于=個弧形主動連桿4的內(nèi)側(cè)。
[0016] 其中，在本實用新型中，所述過渡平臺1的移動由=個傳動支鏈2及=個直線驅(qū)動 部件3實現(xiàn)，形成第一層平動自由度;而動平臺7在第一層平動自由度的基礎上，再由=個弧 形主動連桿4、=個弧形從動連桿5形成第二層轉(zhuǎn)動自由度。
[0017] 根據(jù)兩類少自由度并聯(lián)機構(gòu)的自由度性質(zhì)易知，機構(gòu)末端(動平臺）的空間位置完 全由一種=自由度移動的并聯(lián)機構(gòu)獨立控制，空間姿態(tài)完全由一種=自由度轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機 構(gòu)獨立控制，即平動自由度與轉(zhuǎn)動自由度互不影響，相輔相成，二者混聯(lián)之后的機構(gòu)為一種 空間位置和姿態(tài)解禪的六自由度機器人。
[0018] 為了獲得混聯(lián)機構(gòu)的逆運動學方程，需要分別對兩類少自由度并聯(lián)機構(gòu)的逆運動 學進行研究。
[0019] 通過螺旋理論對一種=自由度移動的并聯(lián)機構(gòu)進行自由度分析可知，該機構(gòu)的= 個移動副分別獨立控制動平臺的空間位置，即一種=自由度移動的并聯(lián)機構(gòu)的逆運動學方 程如下：
[0020]
CU
[0021] 其中，di、cb、d3分別表示；個移動副的位移，[X y Z]嗦示動平臺的位置坐標。
[0022] 對于一種S自由度轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機構(gòu)，若WZ-Y-X歐拉角旋轉(zhuǎn)矩陣描述一種S自由 度轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機構(gòu)的位姿，即：
[0023]
[0024] 則一種=自由度轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機構(gòu)的逆運動學解可由下式求得，即：
[0025]
[0026] (2)
[0027]
[0028] 其中，目1，目2，目3分別表示一種S自由度轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機構(gòu)S個驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)角。
[0029] 至此，混聯(lián)機構(gòu)的驅(qū)動參數(shù)[di，d2，d3,目1，目2,目3]t與動平臺末端位姿[x，y，z，a,0, 丫]T之間的映射關系已經(jīng)求得，即逆運動學方程已經(jīng)建立。根據(jù)式（1)和式(2)，通過控制驅(qū) 動參數(shù)即可實現(xiàn)對動平臺位姿的控制。
【主權項】
1. 一種六自由度混聯(lián)機器人，其特征在于:包括過渡平臺、連接過渡平臺一面的三個傳 動支鏈、一一對應三個傳動支鏈的三個直線驅(qū)動部件、連接過渡平臺另一面的三個弧形主 動連桿、驅(qū)動弧形主動連桿轉(zhuǎn)動的三個驅(qū)動裝置、連接三個弧形主動連桿的三個弧形從動 連桿、連接弧形從動連桿的動平臺；所述三個從動連桿均連接在該動平臺上； 所述每個傳動支鏈的一端分別安裝在對應直線驅(qū)動部件上并在直線驅(qū)動部件的驅(qū)動 下沿直線運動，而每個傳動支鏈的另一端連接于過渡平臺一面上;所述的弧形主動連桿的 一端安裝在過渡平臺另一面上，而每個弧形主動連桿的另一端連接于一一對應的弧形從動 連桿上，弧形從動連桿的另一端連接于動平臺。2. 如權利要求1所述的六自由度混聯(lián)機器人，其特征在于:所述直線驅(qū)動部件上設有直 線運動的移動塊;所述每個傳動支鏈包含一個主動桿件及一個從動桿件;所述主動桿件的 一端連接在所述移動塊上并且與該移動塊之間形成第一轉(zhuǎn)動副，所述主動桿件與從動桿件 連接處形成第二轉(zhuǎn)動副，所述從動桿件與過渡平臺連接，且從動桿件與過渡平臺之間形成 第三轉(zhuǎn)動副，且所述第一轉(zhuǎn)動副的軸線、第二轉(zhuǎn)動副的軸線、第三轉(zhuǎn)動副的軸線均互相平 行。3. 如權利要求1或2所述的六自由度混聯(lián)機器人，其特征在于:所述過渡平臺上設有支 架，所述三個驅(qū)動裝置安裝于支架上，且三個驅(qū)動裝置與三個弧形主動連桿形成三個第四 轉(zhuǎn)動副，該三個第四轉(zhuǎn)動副分別位于同一個圓周的的三個三等分點；所述三個弧形主動連 桿與三個弧形從動連桿連接處形成三個第五轉(zhuǎn)動副;三個弧形從動連桿分別與動平臺的連 接處形成三個第六轉(zhuǎn)動副；所述三個第六轉(zhuǎn)動副分別位于同一圓周的三個三等分點；所述 三個第四轉(zhuǎn)動副、三個第五轉(zhuǎn)動副及三個第六轉(zhuǎn)動副的共九條軸線始終相交于一點。4. 如權利要求1或2所述的六自由度混聯(lián)機器人，其特征在于：弧形主動連桿位于弧形 從動連桿形成的圓周范圍內(nèi)。5. 如權利要求1或2所述的六自由度混聯(lián)機器人，其特征在于:所述過渡平臺位于傳動 支鏈與弧形主動連桿之間的位置。6. 如權利要求1或2所述的六自由度混聯(lián)機器人，其特征在于:還包括機架，所述三個直 線驅(qū)動部件安裝在機架上。7. 如權利要求1或2所述的六自由度混聯(lián)機器人，其特征在于:所述三個驅(qū)動裝置位于 三個弧形主動連桿的內(nèi)側(cè)。
【文檔編號】B25J9/00GK205521393SQ201620075494
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】陳柏, 高踔, 吳志恒, 寇月陽, 繆群華
【申請人】南京航空航天大學