[发明专利]一种四自由度解耦混联机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种四自由度数控混联运动操作装备，具体地说是为数控切削加工、各种产业操作提供一种新型高效的数控装置。

背景技术

工业上往往需要各种结构简单、制造成本低的平面型数控操作，例如金属切削加工、焊接、非金属材料切割、测量、喷涂、雕刻等作业，已有的串联机器人操作手结构复杂、刚性差、动态响应性能差，而一般的少自由度并联结构操作手，如各种二自由度平面操作手(如专利申请文献【200420083801.0】、【200710177514.4】等)、三自由度并联操作手(如3-RPS、三平移Delta机构等)，工作空间小；申请人发明的二种平面二自由度滑块驱动型并联机构(专利文献【200910181312.6】、【200910181313.0】)具有大范围作业的优点，但需要调节杆长才能实现大工作空间。混联机构兼有并联机构刚度好、定位精确以及串联机构工作空间大等主要优点；专利文献【03105161.8】提出了一种四自由度混联操作手，但其运动学正解为数值解且工作空间小。本发明提供一种具有运动学正逆解析解且控制解耦性好、易实现大工作空间的四自由度数控并联运动操作装备，其结构简单、操作容易、制造成本低。

发明内容

本发明的一类四自由度混联操作手，包括二种，其技术方案是：一种四自由度解耦混联机器人，包括机架(0)、导轨(1)、滑块(2)、大转臂(3)及二自由度平面并联机构操作手(P₃-R₅-R₆-R₇-P₄)，滑块(2)以移动副一(P₁)与固定在机架(0)的导轨(1)连接后，又以转动副一(R₂)连接大转臂(3)；在大转臂(3)上又安装一个二自由度平面并联机构操作手，它的二个驱动源可以均为移动副或均为转动副，也可以是一个移动副、一个转动副，且其运动平面与转动副一(R₂)的轴线共面或平行。该四自由度混联操作手的最大特点是具有长方体形的工作空间，其长度取决于导轨(1)的长度，可以很长，从而具有大工作空间。

另一种四自由度解耦混联机器人，包括机架(1)、旋转架(2)、大转臂(3)及二自由度平面并联机构操作手(P₃-R₅-R₆-R₇-P₄)，其特征是旋转架(2)以转动副一(R₁)和机架(1)连接后，又以转动副二(R₂)连接大转臂(3)；在大转臂(3)上又安装一个二自由度平面并联机构操作手，它的二个驱动源可以均为移动副或均为转动副，也可以是一个移动副、一个转动副，且其运动平面与转动副一(R₁)、转动副二(R₂)的轴线共面或平行。该四自由度混联操作手的最大特点是具有整圆柱体形的工作空间，从而工作空间大。

该混联操作手的优点是：均具有运动学正逆解析解且控制解耦性好、易实现大工作空间，且制造容易、结构和操作简便，能实现四自由度数控加工与产业操作。

附图说明

附图1为本发明实施例第一种结构的示意图。

附图2为本发明实施例第二种结构的示意图。

具体实施方式

附图1为本发明实施例第一种结构的示意图。一种四自由度解耦混联机器人，包括机架0、导轨1、滑块2、大转臂3及二自由度平面并联机构操作手P₃-R₅-R₆-R₇-P₄，滑块2以移动副一P₁与固定在机架0的导轨1连接后，又以转动副一R₂连接大转臂3；在大转臂3上又安装一个二自由度平面并联机构操作手，即组成平面并联机构操作手的构件一4、构件二5、构件三6、构件四7分别以转动副二R₅、转动副三R₆、转动副四R₇连接后，构件一4、构件四7又分别以移动副二P₃、移动副三P₄与大转臂3连接，该二自由度平面并联机构操作手的运动平面与转动副一R₂的轴线共面。该四自由度解耦混联机器人的驱动源是移动副一P₁、转动副一R₂以及移动副二P₃、移动副三P₄。