申请/专利权人：燕山大学

申请日：2017-11-10

公开（公告）日：2020-07-28

公开（公告）号：CN107671845B

主分类号：B25J9/00(20060101)

分类号：B25J9/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.28#授权;2018.03.09#实质审查的生效;2018.02.09#公开

摘要：一种过约束少关节五自由度混联机器人，其主要包括固定平台、直立型立架、单转动副转动架、双转动副转动架、动平台、工作平台、三条结构相同的支链和两自由度调姿头，其中固定平台前方设有工作平台，在固定平台两侧分别设有对称布置的直立型立架，在两个直立型立架和动平台之间设有三条支链，在动平台下端设有两自由度调姿头；直立型立架、动平台和三条支链构成了具有两个转动和一个移动的三自由度并联机构。本发明结构简单，提高了结构的整体刚度，降低了控制的难度，运动学分析简单，动态响应好；两自由度摇摆头与动平台的结合，增大了机床的工作空间，提高机床的灵敏度，有效地避免了由于零部件加工误差和装配误差造成的误差积累。

主权项：1.少关节过约束五自由度混联机器人，其包括固定平台、直立型立架、单转动副转动架、双转动副转动架、动平台、工作平台、三条结构相同的支链和两自由度调姿头，其特征在于：所述固定平台前方设有工作平台，在固定平台两侧分别设有对称布置的直立型立架，在两个直立型立架和动平台之间设有三条支链，在动平台下端设有两自由度调姿头；直立型立架、动平台和三条支链构成了具有两个转动和一个移动的三自由度并联机构；所述三条结构相同的支链包括伺服电机、伺服电机座、联轴器、锁紧螺母、丝杠、轴承、轴承端盖、丝杠螺母、连杆套筒、连杆、导轨、滑块、滑块端盖；其中连杆套筒的一端的顶部设有伺服电机座，伺服电机设在伺服电机座上，在连杆套筒内，该伺服电机输出端通过联轴器与丝杠的一端连接，丝杠上设有固定在连杆一端的丝杠螺母，且丝杠的有效行程部分与丝杠螺母配合，该丝杠通过设在伺服电机座底部的轴承进行支撑，轴承内圈通过锁紧螺母锁紧，轴承端盖设在伺服电机座内侧位置，用于固定轴承外圈，第一和第二支链的连杆的另一端分别通过两自由度的虎克铰与动平台连接，第三支链的连杆的另一端通过转动副与动平台连接，连杆两侧均设有相互平行的导轨，导轨上设有滑块；上述连杆套筒另一端的下部的两侧设有一组对称布置的滑块端盖，该滑块端盖固定在连杆套筒的端盖安装面上，上述滑块固定在滑块端盖内侧，滑块可沿设在连杆两侧相互平行的导轨滑动，使连杆套筒和连杆构成移动副；上述连杆套筒另一端的端部设有防尘端盖；在两个直立型立架的顶端和中部均设有与直立型立架固连的相对应的一组运动副支座，设在直立型立架顶端的一组运动副支座之间设有双转动副转动架，设在两直立型立架中部的一组运动副支座之间设有单转动副转动架，双转动副转动架和单转动副转动架分别通过转动副与运动副支座连接，第一支链和第二支链连杆套筒的一端分别穿过双转动副转动架上的通孔，通过转动副与双转动副转动架连接，且转动副轴线分别垂直相交于双转动副转动架与运动副支座之间的转动副轴线；第三支链连杆套筒的一端穿过单转动副转动架上的通孔，通过转动副与单转动副转动架连接，且转动副轴线垂直相交于单转动副转动架与运动副支座之间的转动副轴线；所述第一支链和第二支链中连杆套筒与双转动副转动架之间的两转动副轴线平行，并平行于虎克铰靠近连杆的轴线、垂直于移动副轴线，两虎克铰靠近动平台的轴线重合；所述第三支链中连杆下端与动平台之间的转动副轴线与该支链中移动副轴线平行、垂直于动平台。

全文数据：一种少关节过约束五自由度混联机器人技术领域[0001]本发明属于工业机器人领域，特别涉及一种混联机器人。背景技术[0002]在工业生产中，机器人作为不可或缺的一部分，已经在汽车工业，自动化生产线和航天航空等行业广泛应用，机器人技术可以应用在曲面加工、搬运、喷涂、装配等领域，具有良好的应用前景。混联机器人综合了并联机构结构紧凑、刚度高和串联结构灵活性好、工作空间大的特点，得到了广泛的关注和研究，成为机器人研宄领域的热门。[0003]基于2R1T并联机构构造出的五自由度混联机器人模块化程度高、运动学模型简单、动态响应好，具有很好的应用前景。但是目前Tricept五自由度混联机器人结构复杂，分支数目多，存在加工制造成本尚、装配困难等缺点；公开号为CN105563461A的专利公开的一种2T1R1HR五自由度解耦混联机构五自由度混联机器人，其支链构型复杂，关节数目较多，混联机器人整体刚度难以保障。发明内容[0004]本发明的目的在于提供一种模块化程度高、构件数目少、刚度大、承载能力强、易于加工制造、便于标定的少关节过约束五自由度混联机器人。[0005]本发明由具有两个转动和一个移动的三自由度并联机构和与之串接的具有两自由度的调姿头组成，其包括固定平台、直立型立架、单转动副转动架、双转动副转动架、动平台、工作平台、三条结构相同的支链和两自由度调姿头，其中固定平台前方设有工作平台，在固定平台两侧分别设有对称布置的直立型立架，在两个直立型立架和动平台之间设有三条支链，在动平台下端设有两自由度调姿头;直立型立架、动平台和三条支链构成了具有两个转动和一个移动的三自由度并联机构；[0006]所述三条结构相同的支链包括伺服电机、伺服电机座、联轴器、锁紧螺母、丝杠、轴承、轴承端盖、丝杠螺母、连杆套筒、连杆、导轨、滑块、滑块端盖;其中连杆套筒的一端的顶部设有伺服电机座，伺服电机设在伺服电机座上，在连杆套筒内，该伺服电机输出端通过联轴器与丝杠的一端连接，丝杠上设有固定在连杆一端的丝杠螺母，且丝杠的有效行程部分与丝杠螺母配合，该丝杠通过设在伺服电机座底部的轴承进行支撑，轴承内圈通过锁紧螺母锁紧，轴承端盖设在伺服电机座内侧位置，用于固定轴承外圈，第一和第二支链的连杆的另一端分别通过两自由度的虎克铰与动平台连接，第三支链的连杆的另一端分别通过转动副与动平台连接，连杆两侧均设有相互平行的导轨，导轨上设有滑块;上述连杆套筒另一端的下部的两侧设有一组对称布置的滑块端盖，该滑块端盖固定在连杆套筒的端盖安装面上，上述滑块固定在滑块端盖内侧，滑块可沿设在连杆两侧相互平行的导轨滑动，使连杆套筒和连杆构成移动副;上述连杆套筒另一端的端部设有防尘端盖；[0007]在两个直立型立架的顶端和中部均设有与直立型支架固连的相对应的一组运动副支座，设在直立型立架顶端的一组运动副支座之间设有双转动副转动架，设在两直立型1栄甲邯的一姐®功Bl」文挫乙丨日』攻有单转动副转动架，双转动副转动架和单转动分麵过转动副与运动副支座连接，第-支链和第二支链连杆套筒的—端分别穿过副转动架上的通孔，通过转动副与双转动副转动架连接，且转动副轴线分别垂直相交于双转动副转动架与运动副支座之间的转动副轴线;第三支链连杆套筒的一端穿过单转动副动架上的通孔，通过转动副与单转动副转动架连接，且转动副轴线垂直相交于单转动动架与运动副支座之间的转动副轴线；[0008]第二支链和第二支链中连杆套筒与双转动副转动架之间的两转动副轴线平行，并f行于虎克铰靠近连接杆的轴线、垂直于移动副轴线，两虎克铰靠近动平台的轴线重合;第三支链中连杆下端与动平台之间的转动副轴线与该支链中移动副轴线平行、垂直于动平口°[0009]本发明与现有技术相比具有如下优点：[0010]结构简单，并联部分的关节数目少仅为10个，有利于提高结构的整体刚度；[0011]2•并联部分为2R1T并联机构，具有顺次连续转轴，两转动自由度部分解耦，有利于降低控制的难度；[0012]3.第一支链与第二支链的布置平面重合与第三支链的布置平面垂直，第三分支和动平台直接相连，运动学分析简单，便于标定；[0013]4•并联机构位置调整能力和两自由度调姿头姿态调整能力的结合，有利于增大五自由度混联机器人的灵活工作空间；[00M]5•五自由度混联机器人模块化程度高、结构紧凑，便于装配、维修及更换。附图说明[0015]图1为本发明的整体结构示意简图；[0016]图2为本发明第一支链和第二支链的结构示意简图；[0017]图3为本发明第三支链的结构示意简图。[0018]图中：卜工作平台、2—两自由度调姿头、3_动平台、4_第一支链、5_第二支链、6_双转动副转动架、7-运动副支座、8-单转动副转动架、9-第三支链、10-直立型支架、11-固定平台、12-伺服电机、13-联轴器、14-伺服电机座、15-轴承端盖、16-锁紧螺母、17-轴承、18-丝杠螺母、19-丝杠、20-滑块、21-连杆、22-导轨、23-连杆套筒、24-防尘端盖、25-滑块端盖、26-虎克铰。具体实施方式[0019]在图1所示的少关节过约束五自由度混联机器人示意图中，固定平台11前方设有工作平台1，在固定平台两侧分别设有对称布置的直立型立架10，在两个直立型立架和动平台3之间设有三条支链，在动平台下端设有两自由度调姿头2;直立型立架、动平台和三条支链构成了具有两个转动和一个移动的三自由度并联机构；[0020]如图2和图3所示，所述三条结构相同的支链中的连杆套筒23的一端的顶部设有伺服电机座14,伺服电机12设在伺服电机座上，在连杆套筒内，该伺服电机输出端通过联轴器13与丝杠I9的一端连接，丝杠上设有固定在连杆21—端的丝杠螺母18，且丝杠的有效行程部分与丝杠螺母配合，该丝杠通过设在伺服电机座底部的轴承17进行支撑，轴承内圈通过锁紧螺母16锁紧，轴承端盖I5设在伺服电机座内侧位置，用于固定轴承外圈，第一支链4和第二支链5的连杆的另一端分别通过两自由度的虎克铰26与动平台连接，第三支链9的连杆的另一端分别通过转动副与动平台连接，连杆两侧均设有相互平行的导轨22，导轨上设有滑块20;上述连杆套筒另一端的两侧设有一组对称布置的滑块端盖25，该滑块端盖固定在连杆套筒的端盖安装面上，上述滑块固定在滑块端盖内侧，滑块可沿设在连杆两侧相互平行的导轨滑动，使连杆套筒和连杆构成移动副；上述连杆套筒另一端的端部设有防尘端盖24；[0021]在两个直立型立架的顶端和中部均设有与直立型支架固连的相对应的一组运动副支座7，设在直立型立架顶端的一组运动副支座之间设有双转动副转动架6,设在两直立型立架中部的一组运动副支座之间设有单转动副转动架8，双转动副转动架和单转动副转动架分别通过转动副与运动副支座连接，第一支链和第二支链连杆套筒的一端分别穿过双转动副转动架上的通孔，通过转动副与双转动副转动架连接，且转动副轴线分别垂直相交于双转动副转动架与运动副支座之间的转动副轴线;第三支链连杆套筒的一端穿过单转动副转动架上的通孔，通过转动副与单转动副转动架连接，且转动副轴线垂直相交于单转动副转动架与运动副支座之间的转动副轴线；uf物離动架之1扇讎动_线平行，并克父罪接杆的轴线、垂直于移动副轴线，两虎克铰靠近动平台的轴猶合.第=支链中连杆下端与动平台之间的转动副轴线与该支链中移动副#1线重^掌

权利要求：1.少关节过约束五自由度混联机器人，其包括固定平台、直立型立架、单转动副转动架、双转动副转动架、动平台、工作平台、三条结构相同的支链和两自由度调姿头，其特征在于:所述固定平台前方设有工作平台，在固定平台两侧分别设有对称布置的直立型立架，在两个直立型立架和动平台之间设有三条支链，在动平台下端设有两自由度调姿头;直立型立架、动平台和三条支链构成了具有两个转动和一个移动的三自由度并联机构；所述三条结构相同的支链包括伺服电机、伺服电机座、联轴器、锁紧螺母、丝杠、轴承、轴承端盖、丝杠螺母、连杆套筒、连杆、导轨、滑块、滑块端盖;其中连杆套筒的一端的顶部设有伺服电机座，伺服电机设在伺服电机座上，在连杆套筒内，该伺服电机输出端通过联轴器与丝杠的一端连接，丝杠上设有固定在连杆一端的丝杠螺母，且丝杠的有效行程部分与丝杠螺母配合，该丝杠通过设在伺服电机座底部的轴承进行支撑，轴承内圈通过锁紧螺母锁紧，轴承端盖设在伺服电机座内侧位置，用于固定轴承外圈，第一和第二支链的连杆的另一端分别通过两自由度的虎克铰与动平台连接，第三支链的连杆的另一端分别通过转动副与动平台连接，连杆两侧均设有相互平行的导轨，导轨上设有滑块;上述连杆套筒另一端的下部的两侧设有一组对称布置的滑块端盖，该滑块端盖固定在连杆套筒的端盖安装面上，上述滑块固定在滑块端盖内侧，滑块可沿设在连杆两侧相互平行的导轨滑动，使连杆套筒和连杆构成移动副;上述连杆套筒另一端的端部设有防尘端盖；在两个直立型立架的顶端和中部均设有与直立型支架固连的相对应的一组运动副支座，设在直立型立架顶端的一组运动副支座之间设有双转动副转动架，设在两直立型立架中部的一组运动副支座之间设有单转动副转动架，双转动副转动架和单转动副转动架分别通过转动副与运动副支座连接，第一支链和第二支链连杆套筒的一端分别穿过双转动副转动架上的通孔，通过转动副与双转动副转动架连接，且转动副轴线分别垂直相交于双转动副转动架与运动副支座之间的转动副轴线;第三支链连杆套筒的一端穿过单转动副转动架上的通孔，通过转动副与单转动副转动架连接，且转动副轴线垂直相交于单转动副转动架与运动副支座之间的转动副轴线。2.根ig权利要求1所述的少关节过约束五自由度混联机器人，其特征在于:所述第一支链和第二支链中连杆套筒与双转动副转动架之间的两转动副轴线平行，并平行于虎克铰靠近连接杆的轴线、垂直于移动副轴线，两虎克铰靠近动平台的轴线重合。3.根据权利要求1所述的少关节过约束五自由度混联机器人，其特征在于:所述第三链中连杆下端与动平台之间的转动副轴线与该支链中移动副轴线平行、垂直于动平台。一

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