[发明专利]五自由度混联机器人

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，具体地，涉及一种五自由度混联机器人，用于对并联、串联机器人控制、运动、动力学研究，并可进一步推广应用于工业领域，进行包装、分拣、焊接、装配等。

背景技术

并联机器人是一种全新的机器人，它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点，与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系，因而扩大了整个机器人的应用领域。

目前对并联机器人的研究主要集中在并联机器人的控制、运动学分析以及动力学分析方面。并联机构的出现可以回溯至20世纪30年代，1931年，Gwinnett在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置；1940年，Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联机构，用于汽车的喷漆；之后，Gough在1962年发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎检测装置；1965年，德国Stewart首次对Gough发明的这种机构进行了机构学意义上的研究，并将其推广应用为飞行模拟器的运动产生装置，作为飞行模拟器用于训练飞行员；1978年，Hunt首次提出把六自由度并联机构作为机器人操作器，由此拉开并联机器人研究的序幕，但在随后的近10年里，并联机器人研究似乎停滞不前。直到80年代末90年代初，并联机器人才引起了广泛注意，成为国际研究的热点。在国内，燕山大学教授黄真教授在1991年研制出我国第一台六自由度并联机器人样机，在1994年研制出一台柔性铰链并联式六自由度机器人误差补偿器。

现在工业上应用最广的并联机器人就是Delta并联机器人，这种机器人有三条分支，在空间成120度分布，分为动平台和静平台，但是由于机构本身的限制，动平台只有3个自由度：沿X轴的平动、沿Y轴的平动以及沿Z轴的平动，机器人的运动姿态被严格限制住；后又有人在动平台中间添加一个转轴，将Delta机器人增加了一个转动自由度，使得机器人操作末端可以调整转动姿态，这就大大提高了Delta机器人的应用范围，一般用于工业上的分拣、装配、搬运等。

然而，随着Delta机器人的广泛推广，仅仅四个自由度已经不能满足更加复杂的工况。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种五自由度混联机器人，该机器人以串并联混联的方式，将机器人的自由度增加到5自由度，能够实现3个坐标轴的平动，以及绕Z轴的转动，还有操作末端的摆动。

为实现以上目的，本发明提供一种五自由度混联机器人，包括动力驱动系统、定位系统和定向系统，其中：

所述动力驱动系统，位于所述定位系统的顶端，用于为定位系统和定向系统提供动力驱动，同时设有静平台；

所述定位系统包括：

驱动臂机构，为由三个驱动臂构成的互成120度的空间对称结构，其中：驱动臂与动力驱动系统连接，且动力驱动系统带动驱动臂转动；

从动臂机构，为由三组平行四边形结构组成的空间对称机构，并以球铰链的形式连接到驱动臂机构和动平台机构；

动平台机构，包括一个动平台端盖和一个动平台，动平台端盖连接从动臂机构，动平台的空腔中设置有定向系统的动力转向机构；

所述定向系统包括：

支撑机构，包括三组换向子机构，三组换向子机构呈直线对称分布在静平台上和动平台之间，三组换向子机构将动力驱动系统的旋转扭矩传递到动力转向机构中；

动力转向机构，包括转动机构和摆动机构，转动机构和和摆动机构将支撑机构传递下来的旋转扭矩转换成定向系统的绕Z轴旋转、以及定向系统的摆动。

优选地，所述从动臂机构包括：从动臂接头、关节轴承和从动杆，其中：从动臂接头与驱动臂机构的驱动臂连接，从动臂接头与从动杆通过关节轴承连接，从动杆的两边分别通过金属接头连接关节轴承，然后从动杆和关节轴承整体的一端再与驱动臂机构的驱动臂连接、另一端与动平台机构的动平台端盖连接。

优选地，所述从动臂机构中三组平行四边形，其中每个平行四边形为两个从动杆、从动臂接头以及动平台机构的动平台端盖构成的一个平行四边形结构分支，而整个机器人总共有三个分支，空间120度对称分布，每组平行四边形机构的四个顶点均连接有四个关节轴承，上面一组关节轴承与驱动臂连接，下面一组关节轴承与动平台相连接。