本發(fā)明屬于機器人技術領域，具體地說是一種基于被動純平動結(jié)構(gòu)的具有三維移動和兩維轉(zhuǎn)動的五自由度并聯(lián)機構(gòu)。

背景技術：

并聯(lián)機構(gòu)為動平臺和靜平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，具有兩個或兩個以上的自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)機構(gòu)。和串聯(lián)機器人相比，并聯(lián)機器人具有以下優(yōu)點：累積誤差小、精度較高；驅(qū)動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，運動部分重量輕，速度高，動態(tài)響應好；結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大。

少自由度并聯(lián)機構(gòu)是指自由度少于6的并聯(lián)機構(gòu)，可應用于許多適于并聯(lián)機構(gòu)操作但不需要全部6個自由度的工作任務。與6自由度并聯(lián)機構(gòu)相比，少自由度并聯(lián)機構(gòu)具有驅(qū)動件少、構(gòu)件少、控制簡單方便、易于制造、價格低廉等優(yōu)點。因此，少自由度并聯(lián)機構(gòu)也被廣泛應用在某些場合。

由于受到奇異位形的限制，并聯(lián)機構(gòu)動平臺的轉(zhuǎn)動能力往往都比較小，即使是相對簡單的平面并聯(lián)機構(gòu)，在理論上能達到的轉(zhuǎn)動范圍也不超過180°，實際上會更小。

目前市場上應用較為廣泛的并聯(lián)機構(gòu)是Delta機構(gòu)，主要應用于高速分揀作業(yè)中。但是Delta機構(gòu)和現(xiàn)有的類Delta機構(gòu)有一個共同點是只能從一個平面夾取物體之后放置到另一個平面上。這嚴重限制的Delta機構(gòu)的應用場景。在實際使用中，有很多應用場景要求機器人具有兩個獨立的轉(zhuǎn)動能力，比如裝配自動化等。

在自動化生產(chǎn)線上，現(xiàn)有的并聯(lián)機構(gòu)方案主要是靠在并聯(lián)機構(gòu)的末端增加執(zhí)行器(抓手或吸盤等)來實現(xiàn)抓取功能，這就要求在并聯(lián)機構(gòu)的動平臺上增加輔助裝置，甚至需要增設電機，直接增加了并聯(lián)機構(gòu)運動部件的重量，嚴重影響并聯(lián)機構(gòu)的動態(tài)特性。

目前有兩種主要的結(jié)構(gòu)方式，一種是在Delta結(jié)構(gòu)的每一支鏈上安裝一個電機，在動平臺上設計了復雜的傳動機構(gòu)從而實現(xiàn)末端執(zhí)行器的三個串聯(lián)轉(zhuǎn)動自由度；另外一種是在Delta結(jié)構(gòu)的中間額外設計了3條支鏈，同樣通過動平臺上復雜的傳動機構(gòu)實現(xiàn)末端執(zhí)行器的三個串聯(lián)轉(zhuǎn)動自由度。上述兩種雖然實現(xiàn)三個串聯(lián)轉(zhuǎn)動自由度，但是傳動結(jié)構(gòu)復雜，制造成本較高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種三平兩轉(zhuǎn)五自由度并聯(lián)機構(gòu)，具有指向半個球面的轉(zhuǎn)動能力，無冗余驅(qū)動。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采取以下技術方案：

一種三平兩轉(zhuǎn)五自由度并聯(lián)機構(gòu)，包括三自由度平動結(jié)構(gòu)和被動純平動結(jié)構(gòu)，三自由度平動結(jié)構(gòu)上具有定平臺和位于該定位臺下方的動平臺，該動平臺被三自由度平動結(jié)構(gòu)帶動三維平動運動，定平臺內(nèi)固定安裝有主動虎克鉸，動平臺內(nèi)固定安裝有被動虎克鉸；

被動純平動結(jié)構(gòu)包括上端部平臺、中間平臺、下端部平臺、T型虎克鉸、H型虎克鉸和連桿，上端部平臺設在主動虎克鉸內(nèi)與該主動虎克鉸連接，下端部平臺設在被動虎克鉸內(nèi)與該被動虎克鉸連接，上端部平臺和下端部平臺上分別通過轉(zhuǎn)動副以轉(zhuǎn)動連接方式安裝T型虎克鉸，H型虎克鉸通過轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動安裝在中間平臺上且該H型虎克鉸的兩端分別裸露在中間平臺的兩側(cè)，上端部平臺和中間平臺之間及下端部平臺和中間平臺之間分別設置連桿，上端部平臺和中間平臺之間的連桿的一端與上端部平臺上的T型虎克鉸轉(zhuǎn)動連接、另一端與中間平臺上的H型虎克鉸轉(zhuǎn)動連接，下端部平臺和中間平臺之間的連接桿的一端與下端部平臺上的T型虎克鉸轉(zhuǎn)動連接、另一端與中間平臺上的H型虎克鉸轉(zhuǎn)動連接。

所述中間平臺上設有三個H型虎克鉸，上端部平臺和下端部平臺上各設置三個T型虎克鉸，上端部平臺和中間平臺之間共設三根相互平行的連桿，下端部平臺和中間平臺之間共設三根相互平行的連接。

所述中間平臺上的三個H型虎克鉸相互平行。

所述上端部平臺上的三個T型虎克鉸相互平行，下端部平臺上的三個T型虎克鉸相互平行。

所述上端部平臺、中間平臺和下端部平臺之間相互平行。

所述三自由度平動結(jié)構(gòu)為直線驅(qū)動型Delta機構(gòu)。

本發(fā)明通過主動虎克鉸和被動兩個虎克鉸將被動純平動結(jié)構(gòu)和Delta結(jié)構(gòu)首尾相連，主動虎克鉸控制動平臺的兩個轉(zhuǎn)動運動，Delta機構(gòu)控制動平臺的三維平動運動，使得末端執(zhí)行器具有指向半個球面的轉(zhuǎn)動能力；而且工作空間內(nèi)無運動學奇異。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明裝配后的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本發(fā)明被動純平動結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3為本發(fā)明T型虎克鉸的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖4為本發(fā)明H型虎克鉸的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖5為本發(fā)明主動虎克鉸的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖6為本發(fā)明上端部平臺的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖7為本發(fā)明中間平臺的立體結(jié)構(gòu)示意力；

附圖8為本發(fā)明連桿的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了便于本領域技術人員的理解，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。

如附圖1-8所示，本發(fā)明揭示了一種三平兩轉(zhuǎn)五自由度并聯(lián)機構(gòu)，包括三自由度平動結(jié)構(gòu)1和被動純平動結(jié)構(gòu)2，三自由度平動結(jié)構(gòu)1上具有定平臺3和位于該定位臺3下方的動平臺4，該動平臺4被三自由度平動結(jié)構(gòu)帶動三維平動運動，定平臺3內(nèi)固定安裝有主動虎克鉸9，動平臺4內(nèi)固定安裝有被動虎克鉸；被動純平動2結(jié)構(gòu)包括上端部平臺41、中間平臺6、下端部平臺42、T型虎克鉸7、H型虎克鉸8和連桿5，上端部平臺41設在主動虎克鉸91內(nèi)與該主動虎克鉸9連接，下端部平臺42設在被動虎克鉸內(nèi)與該被動虎克鉸連接，上端部平臺41和下端部平臺42上分別通過轉(zhuǎn)動副以轉(zhuǎn)動連接方式安裝T型虎克鉸7，H型虎克鉸8通過轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動安裝在中間平臺6上且該H型虎克鉸8的兩端分別裸露在中間平臺6的兩側(cè)，上端部平臺41和中間平臺6之間及下端部平臺42和中間平臺6之間分別設置連桿5，上端部平臺41和中間平臺6之間的連桿5的一端與上端部平臺41上的T型虎克鉸7轉(zhuǎn)動連接、另一端與中間平臺6上的H型虎克鉸8轉(zhuǎn)動連接，下端部平臺42和中間平臺6之間的連桿5的一端與下端部平臺42上的T型虎克鉸7轉(zhuǎn)動連接、另一端與中間平臺6上的H型虎克鉸8轉(zhuǎn)動連接。H型虎克鉸8可以相對于中間平臺6轉(zhuǎn)動，T型虎克鉸7可以相對于上端部平臺41或者下端部平臺42轉(zhuǎn)動。由于上端部平臺41和下端部平臺42的結(jié)構(gòu)相同，主動虎克鉸7和被動虎克鉸8的相同，因此，不再分別進行闡述。三自由度平動結(jié)構(gòu)帶動動平臺進行三維平動運動，利用主動虎克鉸控制被動純平動結(jié)構(gòu)的空間姿態(tài)，實現(xiàn)動平臺的兩個轉(zhuǎn)動，從而形成三維平動運動和兩個轉(zhuǎn)動的機構(gòu)。

所述中間平臺6上設有三個H型虎克鉸8，上端部平臺41和下端部平臺42上各設置三個T型虎克鉸7，上端部平臺41和中間平臺6之間共設三根相互平行的連桿5，下端部平臺42和中間平臺6之間共設三根相互平行的連接。中間平臺6上的三個H型虎克鉸相互平行。上端部平臺41上的三個T型虎克鉸7相互平行，下端部平臺42上的三個T型虎克鉸7相互平行。上端部平臺41、中間平臺6和下端部平臺42之間相互平行。從而使得上端部平臺和下端部平臺的三個T型虎克鉸之間始終保持平行，中間平臺、上端部平臺和下端部平臺之間始終保持平行，確保上端部平臺和中間平臺之間的各個連桿、下端部平臺和中間平臺之間的各個連桿始終平行。T型虎克鉸的兩個軸線相互垂直。

此外，三自由度平動結(jié)構(gòu)為直線驅(qū)動型Delta機構(gòu)，該三自由度平動結(jié)構(gòu)并沒有局限于某一特定結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)三維平動結(jié)構(gòu)即可，為本領域技術人員的公知常識，在此不再詳細贅述。比如三自由度平動結(jié)構(gòu)，可以為任意空間平動串聯(lián)機構(gòu)，如三個串聯(lián)的移動副構(gòu)成的機構(gòu)；任意空間平動并聯(lián)機構(gòu)，如直線Delta機構(gòu)、Gantry Robot機構(gòu)、Cartesian Robot機構(gòu)、Orthoglide機構(gòu)和Tsai’s機構(gòu)。

本發(fā)明中，連桿相對于H型虎克鉸和T型虎克鉸可以轉(zhuǎn)動，H型虎克鉸相對于中間平臺可以轉(zhuǎn)動，上端部平臺上的T型虎克可以相對于該上端部平臺轉(zhuǎn)動，下端部平臺上的T型虎克鉸可以相對于該下端部平臺轉(zhuǎn)動。上端部平臺可以相對于主動虎克鉸轉(zhuǎn)動，下端部平臺可以相對于被動虎克鉸轉(zhuǎn)動。從而控制動平臺的兩個轉(zhuǎn)動。

此外，如附圖5所示，主動虎克鉸設為中間開孔的環(huán)形狀，并且在外壁上對稱設置有安裝軸，被動虎克鉸的結(jié)構(gòu)與主動虎克鉸的結(jié)構(gòu)一致，不再重復贅述。如附圖6所示，上端部平臺設為環(huán)形狀，并且設有三個安裝孔用于安裝T型虎克鉸，同時在上端部平臺外壁上設轉(zhuǎn)軸與主動虎克鉸安裝連接。下端部平臺的結(jié)構(gòu)與上端部平臺的結(jié)構(gòu)一致，在此不再重復贅述。如附圖7所示，中間平臺也設為環(huán)形狀，并且可在其上設三個安裝孔用于安裝H型虎克鉸。

本發(fā)明中，被動純平動結(jié)構(gòu)中的連桿可以繞T型虎克鉸和H型虎克鉸轉(zhuǎn)動，而T型虎克鉸和H型虎克鉸也可以進行自轉(zhuǎn)，三自由度平動結(jié)構(gòu)帶動動平臺三維平動運動，形成三維平動運動和兩個轉(zhuǎn)動運動的五自由度并聯(lián)機構(gòu)，三個平動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度相互解耦，無冗余驅(qū)動，控制簡單。本實施例中被動純平動結(jié)構(gòu)具有指向半個球面的轉(zhuǎn)動能力，在整個工作空間內(nèi)均無運動學奇。

需要說明的是，以上所述并非是對本發(fā)明技術方案的限定，在不脫離本發(fā)明的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，任何顯而易見的替換均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。