[实用新型]具有冗余驱动的平面三自由度对称并联机器人机构

说明书

技术领域：

本实用新型属于机器人和机械制造领域，特别涉及一种具有冗余驱动的平面三自由度对称并联机器人机构。

背景技术：

并联机器人机构与传统的串联机器人机构相比，具有高刚度、高承载能力和高速度等特点，在动态模拟、医疗器械、工业机器人、微纳操作、力与力矩传感器、空间探索和并联机床等领域得到广泛和重要应用。

但是，由于结构的限制，并联机器人存在一些明显的不足，如工作空间小、标定困难、奇异性等。由于奇异的存在，使得原本很小的工作空间变得更小。而冗余性可以改善并联机器人的性能，因此冗余并联机器人成为并联机器人家族中不可缺少的一员。

关于平面二自由度驱动冗余并联机器人，已有很多学者作了深入研究，如丛爽和尚伟伟对其建模、控制优化进行了研究(参见丛爽，尚伟伟.并联机器人一建模、控制优化与应用.电子工业出版社，2010)；燕山大学张立杰教授基于空间模型理论对其性能与尺寸关系和运动学优化作了深入研究(参见张立杰.两自由度并联机器人的性能分析及尺寸优化.燕山大学博士学位论文，2006)等。但关于平面三自由度驱动冗余并联机器人的研究却是很少，上海交通大学对一种平面三自由度并联冗余机器人的位置与工作空间进行了分析(参见周兵，仲昕，杨汝清.平面三自由度并联冗余机器人的位置与工作空间分析.湖南大学学报(自然科学版)，2002，29(2)：52-57；周兵，徐正飞，杨汝清.平面三自由度并联冗余机器人的位置分析.机器人，2001，23(7)：636-639)，但其将新增加支链的末端与原机器人中一条腿和末端连接在一起，因而，该并联机器人机构结构不对称。

发明内容：

本实用新型针对现有技术中的不足而提供一种具有冗余驱动的平面三自由度并联机器人机构，该机构不仅可以克服工作空间内的奇异，改善机构的灵巧性和力传递的一致性，而且具有结构和驱动分布对称、刚度大、承载能力强、容易制造和装配等优点。

本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：具有冗余驱动的平面三自由度对称并联机器人机构，该机构由纯转动副构成，结构简单易于实现。其结构是运动平台通过四个相同的支链与固定平台相连接，固定平台的四个转动副呈正方形布置，运动平台的四个转动副也呈正方形布置，每个支链含两个连杆，两连杆间、连杆与固定平台及运动平台间都通过转动副连接。当选取四个固定平台上的转动副作为机器人机构的四个输入，则运动平台具有三个自由度，这三个运动分别是平面内的二维移动和绕垂直于该平面方向的一维旋转。由于机构具有四个输入、三个输出且结构对称，因此称之为具有驱动冗余的平面三自由度对称并联机器人机构。

本实用新型通过上述技术方案，存在如下效果：该实用新型结构和驱动分布对称，各项同性好，刚度高，承载能力强，机构输入驱动易于布置，机构简单易于实现。可作为工业机器人实现平面内的取放操作、装配和金属切削等。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图；

图中：1、运动平台，2、固定平台，3、转动副，4、大臂，5、小臂

具体实施方式

以下结合附图1所示之实施例作进一步详述：

在图1所示的实施例中：包含运动平台1、固定平台2和四条相同的支链，这四条支链均含有一个大臂4和一个小臂5，大臂4与固定平台通过转动副3连接，小臂5与运动平台1通过转动副3连接，大臂4和小臂5之间也是通过转动副3连接。整个机构的结构是对称的，运动平台4和固定平台5均为正方形，各支链也是相同的。

该冗余驱动机构是通过增加一个相同的串联支链的形式，从而增加一个驱动来获得机构的冗余驱动。该实用新型工作时，四个驱动同时存在，而输出仅有三个自由度，属于超确定输入。