一种平面五杆柔顺关节并联机器人实验装置

摘要

本发明涉及一种平面五杆柔顺关节并联机器人实验装置，其将柔顺关节应用于平面五杆并联机器人中，取代传统运动副进行传动，进一步提高了机器人的性能。该机器人实验装置由基座、驱动副、主动杆、柔顺关节、从动杆、刚性转动副、减速器和伺服电机组成，这对于深入研究平面五杆柔顺关节并联机器人的运动学和动力学性能非常有效。本发明利用柔顺关节取代传统运动副实现并联机器人的运动，减轻了机器人系统的质量；减少了传统运动副带来的间隙、摩擦、磨损、冲击以及润滑等问题；提高了机器人系统的运行精度和可靠性，同时结构简单、操作容易、成本低、有利于实际应用。

说明书

技术领域

本发明公开了一种具有柔顺关节的平面五杆装置，涉及机器人实验技术领域，尤其涉及一种平面五杆柔顺关节并联机器人实验装置。

背景技术

柔顺机构是一种利用构件自身变形来实现运动、力和能量的传递和转换的新型机构。与传统刚性机构不同，在结构上柔顺机构减少了甚至没有了运动副，它的优越性主要体现在降低成本和提高性能两方面。

将柔顺机构理论应用于运动副的设计中，产生了柔顺关节这种新型的运动副形式，这种运动副通过自身的弹性变形来传递相邻构件间的运动。使用柔顺关节取代传统运动副构成的新型机器人，可以从根本上解决传统运动副所带来的间隙、摩擦、磨损、冲击以及润滑等问题。

并联微操作机器人是随着并联机器人技术，微纳米技术和柔顺关节技术的发展而形成的一个新兴的研究领域，此类机器人具有结构紧凑，运动链短，刚度高，承载能力强等特点，同时因为使用柔顺关节代替传统运动副，消除了传统运动副所带来的不利影响，提高了机器人系统的整体性能。

平面五杆并联机器人是一种常见的少自由度并联机器人，机械结构由五根连杆组成，其中一根杆作为机架，与机架相连的两杆作为主动杆，其余两杆为从动杆。因为结构简单，易于控制，此类机器人已经在工业领域得到了应用。传统设计中，五根连杆通过刚性运动副来传递力和运动。基于以上分析，本发明提出一种平面五杆柔顺关节并联机器人实验装置，其将柔顺关节应用于平面五杆并联机器人中，取代传统运动副进行传动，进一步提高了机器人的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平面五杆柔顺关节并联机器人实验装置，该机器人实验装置由基座、驱动副、主动杆、柔顺关节、从动杆、刚性转动副、减速器和伺服电机组成，这对于深入研究平面五杆柔顺关节并联机器人的运动学和动力学性能非常有效。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种平面五杆柔顺关节并联机器人实验装置，其主动杆和从动杆为刚性杆件；基座和刚性转动副与两条结构相同的运动支链以及两组结构相同的驱动部分相连接；运动支链中，主动杆一端与驱动副连接，另一端通过柔顺关节与从动杆连接，两运动支链的从动杆通过刚性转动副连接；其中主动杆与驱动副，柔顺关节与主动杆和从动杆，从动杆与刚性转动副之间为螺栓连接；驱动部分中，伺服电机一端通过螺栓连接固定于基座上，另一端与减速器相连，减速器的另一端与驱动副连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、利用柔顺关节取代传统运动副实现并联机器人的运动，减轻了机器人系统的质量；

2、本发明装置减少了传统运动副带来的间隙、摩擦、磨损、冲击以及润滑等问题；

3、提高了机器人系统的运行精度和可靠性，同时结构简单、操作容易、成本低、有利于实际应用。

附图说明

图1为平面五杆柔顺关节并联机器人机械结构俯视图。

图2为平面五杆柔顺关节并联机器人机械结构主视图。

图中：1、基座2、驱动副3、主动杆4、柔顺关节5、从动杆6、刚性转动副7、减速器8、伺服电机。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示为平面五杆柔顺关节并联机器人机械结构俯视图，图2为平面五杆柔顺关节并联机器人机械结构主视图，该装置由基座1、驱动副2、主动杆3、柔顺关节4、从动杆5、刚性转动副6、减速器7、伺服电机8组成；其中基座1和刚性转动副6与两条结构相同的运动支链以及两组结构相同的驱动部分相连接；运动支链中，主动杆3一端与驱动副2连接，另一端通过柔顺关节4与从动杆5连接，两运动支链的从动杆5通过刚性转动副6连接；其中主动杆3与驱动副2，柔顺关节4与主动杆3和从动杆5，从动杆5与刚性转动副6之间为螺栓连接；驱动部分中，伺服电机8一端通过螺栓连接固定在基座1上，另一端与减速器7连接，减速器7的另一端与驱动副2连接。

该实验装置工作时，各组驱动部分中的伺服电机将控制力矩经过减速器传递给驱动副，驱动副带动主动杆，主动杆通过柔顺关节带动从动杆，从动杆末端的刚性转动副可以完成给定的工作任务。

主动杆和从动杆的材料为铝，尺寸均为400mm×23mm×10mm；柔顺关节的材料为弹簧钢，R=20mm，厚度为0.5mm，结构参数并不唯一，可以更换不同结构参数的柔顺关节进行实验。

本发明公开的平面五杆柔顺关节并联机器人，使用柔顺关节取代传统运动副实现机器人的运动，减少了传统运动副所带来的间隙、摩擦、磨损、冲击以及润滑等问题，提高了机器人系统的运行精确性和可靠性，同时结构简单，操作容易，成本低，为平面五杆柔顺关节并联机器人的性能提高和实际应用提供了保障。