本發(fā)明涉及機(jī)器人，尤其涉及一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、混聯(lián)機(jī)器人融合了串、并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工作空間、速度和剛度方面的優(yōu)點(diǎn)，具備高靈活性、高剛度和大工作空間等特點(diǎn)，在復(fù)雜曲面的結(jié)構(gòu)件加工方面具有較大優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于航天航空、軌道交通、汽車船舶等領(lǐng)域。

2、專利us20130087004a1所公開的一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人，包括并聯(lián)機(jī)構(gòu)和二自由度擺頭。所述并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括靜平臺(tái)、轉(zhuǎn)動(dòng)架、動(dòng)平臺(tái)、二自由度擺頭及三條伸縮腿。轉(zhuǎn)動(dòng)架通過轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸接在靜平臺(tái)上，第一、第二伸縮腿相對(duì)于第三伸縮腿在空間里對(duì)稱布置；第一、第二伸縮腿一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與轉(zhuǎn)動(dòng)架連接，另一端也通過一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接；第三伸縮腿一端通過由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副復(fù)合構(gòu)成的球鉸與靜平臺(tái)連接，另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接。

3、該混聯(lián)機(jī)器人僅第一、第二伸縮腿可采用相同結(jié)構(gòu)。第三伸縮腿為保證靜平臺(tái)處球鉸實(shí)現(xiàn)，還需提供一個(gè)繞伸縮腿移動(dòng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，且該轉(zhuǎn)動(dòng)軸線需與第三伸縮腿所連轉(zhuǎn)動(dòng)架上的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線匯交于一點(diǎn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)加工、裝配要求苛刻。

4、該混聯(lián)機(jī)器人并聯(lián)部分為一平動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，動(dòng)平臺(tái)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，但該機(jī)器人第三伸縮腿末端姿態(tài)由組成球鉸的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副耦合運(yùn)動(dòng)決定，且第三伸縮腿與第一、第二伸縮腿結(jié)構(gòu)不同，運(yùn)動(dòng)分析上較為復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種模塊化、高剛度、運(yùn)動(dòng)形式清晰且制造成本低、制造裝配精度易保證的五自由度混聯(lián)機(jī)器人。

2、本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

3、一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人，包括：第一固定左支座、第一固定右支座1、第二固定左支座、第二固定右支座2、第一轉(zhuǎn)動(dòng)架3、第二轉(zhuǎn)動(dòng)架4、第三轉(zhuǎn)動(dòng)架5、轉(zhuǎn)動(dòng)約束機(jī)構(gòu)6、第一伸縮腿7、第二伸縮腿8、第三伸縮腿9、動(dòng)平臺(tái)10，以及與動(dòng)平臺(tái)10串接的二自由度擺頭11；所述第一固定左支座、第一固定右支座1、第二固定左支座和第二固定右支座2互相平行且對(duì)稱布置，第一固定左支座、第一固定右支座1之間轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第一轉(zhuǎn)動(dòng)架3，第二固定左支座、第二固定右支座2之間轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第二轉(zhuǎn)動(dòng)架4；第二轉(zhuǎn)動(dòng)架4上通過框體轉(zhuǎn)動(dòng)副1-5轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第三轉(zhuǎn)動(dòng)架5；第一伸縮腿7和第二伸縮腿8對(duì)稱設(shè)置在第一轉(zhuǎn)動(dòng)架3上，第一伸縮腿7和第二伸縮腿8的一端與第一轉(zhuǎn)動(dòng)架3轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一伸縮腿7和第二伸縮腿8的另一端與動(dòng)平臺(tái)10轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且第一伸縮腿7和第二伸縮腿8設(shè)置在同一水平面；第三伸縮腿9一端與第三轉(zhuǎn)動(dòng)架5轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第三伸縮腿9另一端與動(dòng)平臺(tái)10轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)架3、第二轉(zhuǎn)動(dòng)架4之間設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)約束機(jī)構(gòu)6，所述轉(zhuǎn)動(dòng)約束機(jī)構(gòu)6使得框體轉(zhuǎn)動(dòng)副1-5軸線始終垂直于第一伸縮腿7、第二伸縮腿8所在平面。

4、進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)動(dòng)約束機(jī)構(gòu)包括一個(gè)連接件，所述連接件一端與第一轉(zhuǎn)動(dòng)架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與第二轉(zhuǎn)動(dòng)架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，共同組成基于平行四邊形機(jī)構(gòu)原理的復(fù)合框體結(jié)構(gòu)，約束第一、第二轉(zhuǎn)動(dòng)架之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

5、進(jìn)一步地，所述第一伸縮腿包括第一支耳和第一移動(dòng)桿，所述第二伸縮腿包括第二支耳和第二移動(dòng)桿，所述第三伸縮腿包括第三支耳和第三移動(dòng)桿。第一轉(zhuǎn)動(dòng)架與第一支耳構(gòu)成伸縮腿第一轉(zhuǎn)動(dòng)副，第一支耳與第一移動(dòng)桿構(gòu)成第一移動(dòng)副，第一移動(dòng)桿前端與動(dòng)平臺(tái)構(gòu)成伸縮腿第二轉(zhuǎn)動(dòng)副。第一轉(zhuǎn)動(dòng)架與第二支耳構(gòu)成伸縮腿第三轉(zhuǎn)動(dòng)副，第二支耳與第二移動(dòng)桿構(gòu)成第二移動(dòng)副，第二移動(dòng)桿前端與動(dòng)平臺(tái)構(gòu)成伸縮腿第四轉(zhuǎn)動(dòng)副。第三轉(zhuǎn)動(dòng)架與第三支耳構(gòu)成伸縮腿第五轉(zhuǎn)動(dòng)副，第三支耳與第三移動(dòng)桿構(gòu)成第三移動(dòng)副，第三移動(dòng)桿前端與動(dòng)平臺(tái)構(gòu)成伸縮腿第六轉(zhuǎn)動(dòng)副。伸縮腿第一、第二、第三、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行；第一移動(dòng)副軸線分別與伸縮腿第一、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直相交；第二移動(dòng)副軸線分別與伸縮腿第三、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直相交；第一轉(zhuǎn)動(dòng)架軸線、伸縮腿第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、第一移動(dòng)副軸線匯交于一點(diǎn)。第一轉(zhuǎn)動(dòng)架軸線、伸縮腿第三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、第二移動(dòng)副軸線匯交于另一點(diǎn)；第一轉(zhuǎn)動(dòng)架軸線分別與伸縮腿第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、伸縮腿第三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直相交。第一移動(dòng)副軸線、第二移動(dòng)副軸線構(gòu)成前平面a。

6、伸縮腿第五、第六轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行；第三移動(dòng)副軸線分別與伸縮腿第五、第六轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直相交；框體轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與伸縮腿第五轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、第三移動(dòng)副軸線相交于一點(diǎn)，且框體轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與伸縮腿第五轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直。伸縮腿第六轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線分別與伸縮腿第二、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直相交。

7、進(jìn)一步地，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)架左、右兩端與第一固定支座構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)架第一轉(zhuǎn)動(dòng)副，第二轉(zhuǎn)動(dòng)架左、右兩端與第二固定支座構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)架第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，第一轉(zhuǎn)動(dòng)架與連接件一端構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)架第三轉(zhuǎn)動(dòng)副，第二轉(zhuǎn)動(dòng)架與連接件另一端構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)架第四轉(zhuǎn)動(dòng)副。所述轉(zhuǎn)動(dòng)架第一、第二、第三和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行。轉(zhuǎn)動(dòng)架第一、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線間距與轉(zhuǎn)動(dòng)架第三、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線間距相同，轉(zhuǎn)動(dòng)架第一、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線間距與轉(zhuǎn)動(dòng)架第二、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線間距相同。所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)架、連接件、第二轉(zhuǎn)動(dòng)架共同組成基于平行四邊形機(jī)構(gòu)原理的復(fù)合框體結(jié)構(gòu)，保證框體轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線始終與伸縮腿第一、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，即框體轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線始終垂直于前平面a。

8、進(jìn)一步地，所述二自由度擺頭包括第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)和第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)。所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)與動(dòng)平臺(tái)形成擺頭第一轉(zhuǎn)動(dòng)副，第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)與第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)形成擺頭第二轉(zhuǎn)動(dòng)副。擺頭第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與伸縮腿第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、伸縮腿第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線所形成的平面垂直；擺頭第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與伸縮腿第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、伸縮腿第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線所形成的平面平行。

9、進(jìn)一步地，所述第一移動(dòng)副、第二移動(dòng)副、第三移動(dòng)副均為驅(qū)動(dòng)副。

10、本發(fā)明的有益效果在于：

11、本發(fā)明的混聯(lián)機(jī)器人具備高度模塊化特點(diǎn)，采用一種轉(zhuǎn)動(dòng)約束機(jī)構(gòu)，特別是一種基于平行四邊形機(jī)構(gòu)原理的復(fù)合框體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了第三伸縮腿末端姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)解耦，運(yùn)動(dòng)形式清晰，便于控制。

12、本發(fā)明的第一、第二、第三伸縮腿具有完全相同的結(jié)構(gòu)，具有良好的互換性，簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低制造成本。

13、本發(fā)明的并聯(lián)部分是一種一平動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，在動(dòng)平臺(tái)末端串接二自由度擺頭構(gòu)成五自由度混聯(lián)機(jī)器人。該機(jī)器人的三條伸縮腿具有相同結(jié)構(gòu)，整個(gè)裝備系統(tǒng)模塊化程度高、制造和裝配精度易保證、剛度高、運(yùn)動(dòng)形式清晰、便于控制。

技術(shù)特征：

1.一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述第一固定左支座、第一固定右支座(1)、第二固定左支座、第二固定右支座(2)、第一轉(zhuǎn)動(dòng)架(3)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)架(4)、第三轉(zhuǎn)動(dòng)架(5)、轉(zhuǎn)動(dòng)約束機(jī)構(gòu)(6)、第一伸縮腿(7)、第二伸縮腿(8)、第三伸縮腿(9)、動(dòng)平臺(tái)(10)，以及與動(dòng)平臺(tái)(10)串接的二自由度擺頭(11)；所述第一固定左支座、第一固定右支座(1)、第二固定左支座和第二固定右支座(2)互相平行且對(duì)稱布置，第一固定左支座、第一固定右支座(1)之間轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第一轉(zhuǎn)動(dòng)架(3)，第二固定左支座、第二固定右支座(2)之間轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第二轉(zhuǎn)動(dòng)架(4)；第二轉(zhuǎn)動(dòng)架(4)通過框體轉(zhuǎn)動(dòng)副(1-5)轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第三轉(zhuǎn)動(dòng)架(5)；第一伸縮腿(7)和第二伸縮腿(8)對(duì)稱設(shè)置在第一轉(zhuǎn)動(dòng)架(3)上，第一伸縮腿(7)和第二伸縮腿(8)的一端與第一轉(zhuǎn)動(dòng)架(3)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一伸縮腿(7)和第二伸縮腿(8)的另一端與動(dòng)平臺(tái)(10)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且第一伸縮腿(7)和第二伸縮腿(8)設(shè)置在同一水平面；第三伸縮腿(9)一端與第三轉(zhuǎn)動(dòng)架(5)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第三伸縮腿(9)另一端與動(dòng)平臺(tái)(10)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)架(3)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)架(4)之間設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)約束機(jī)構(gòu)(6)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)約束機(jī)構(gòu)(6)使得框體轉(zhuǎn)動(dòng)副(1-5)軸線始終垂直于第一伸縮腿(7)、第二伸縮腿(8)所在平面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)約束機(jī)構(gòu)采用連接件，所述連接件一端與第一轉(zhuǎn)動(dòng)架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連接件另一端與第二轉(zhuǎn)動(dòng)架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，共同組成基于平行四邊形機(jī)構(gòu)原理的復(fù)合框體結(jié)構(gòu)，約束第一、第二轉(zhuǎn)動(dòng)架之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述第一伸縮腿包括第一支耳和第一移動(dòng)桿，所述第二伸縮腿包括第二支耳和第二移動(dòng)桿，所述第三伸縮腿包括第三支耳和第三移動(dòng)桿；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)架左、右兩端分別與第一固定左支座和第一固定右支座構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)架第一轉(zhuǎn)動(dòng)副，第二轉(zhuǎn)動(dòng)架左、右兩端分別與第二固定左支座和第二固定右支座構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)架第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，第一轉(zhuǎn)動(dòng)架與連接件一端構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)架第三轉(zhuǎn)動(dòng)副，第二轉(zhuǎn)動(dòng)架與連接件另一端構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)架第四轉(zhuǎn)動(dòng)副；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述二自由度擺頭包括第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)和第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)；所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)與動(dòng)平臺(tái)形成擺頭第一轉(zhuǎn)動(dòng)副，第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)與第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)形成擺頭第二轉(zhuǎn)動(dòng)副；擺頭第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與伸縮腿第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、伸縮腿第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線所形成的平面垂直；擺頭第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與伸縮腿第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、伸縮腿第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線所形成的平面平行。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述第一移動(dòng)副、第二移動(dòng)副、第三移動(dòng)副均為驅(qū)動(dòng)副。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人。本發(fā)明包括：兩對(duì)固定支座、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)架、轉(zhuǎn)動(dòng)約束機(jī)構(gòu)、三條伸縮腿、動(dòng)平臺(tái)，以及與動(dòng)平臺(tái)串接的二自由度擺頭。第一、第二固定支座互相平行且對(duì)稱布置，并依次轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第一、第二轉(zhuǎn)動(dòng)架；第二轉(zhuǎn)動(dòng)架上轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第三轉(zhuǎn)動(dòng)架；第一、第二伸縮腿共面且對(duì)稱設(shè)置于第一轉(zhuǎn)動(dòng)架，并與第一轉(zhuǎn)動(dòng)架、動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第三伸縮腿與第三轉(zhuǎn)動(dòng)架、動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；第一、第二轉(zhuǎn)動(dòng)架之間設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)約束機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)使得第二、第三轉(zhuǎn)動(dòng)架間的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線始終垂直于第一、第二伸縮腿所在平面。本發(fā)明中三條伸縮腿具有相同結(jié)構(gòu)，整個(gè)裝備系統(tǒng)模塊化程度高、制造和裝配精度易保證、剛度高、運(yùn)動(dòng)形式清晰、便于控制。

技術(shù)研發(fā)人員：劉海濤,張展魁,汪滿新,史春海,梅江平,山顯雷,肖聚亮,黃田,李皓,曹中臣,劉建彬,劉云鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15