RGRR-Ⅰ构造混联5RP机器人

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一种由四自由度混联机构组成的五轴混联机器人[发明专利]

专利名称：一种由四自由度混联机构组成的五轴混联机器人专利类型：发明专利
发明人：许允斗,赵云,姚建涛,赵永生
申请号：CN201710858304.5
申请日：20170921
公开号：CN107825417A
公开日：
20180323
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种由四自由度混联机构组成的五自由度混联机器人，其包括一个四自由度混联机构和一个移动平台，其中四自由度混联机构主要包括执行器、动平台、三条驱动支链和一条随动支链，第一随动支链上端与转动支架固连，下端通过转动铰链与动平台相连，第二、第三驱动支链上、下端均分别通过转动铰链与转动支架和动平台相连，转动支架通过转动铰链与支座相连，第四驱动支链两端均通过转动铰链与支座和转动叉相连，该转动叉通过转动铰链与动平台相连，执行器通过转动铰链与动平台相连。

混联机构支座与移动支撑架相连，移动支撑架与基座连接形成移动平台。

本发明减少了被动关节数目，可提高机器人结构刚度，结构简单，便于实现实时控制，具有很好的应用前景。

申请人：燕山大学
地址：066004 河北省秦皇岛市海港区河北大街西段438号
国籍：CN
代理机构：秦皇岛一诚知识产权事务所(普通合伙)
代理人：崔凤英
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考虑工作空间与力传递效率的新型五自由度混联机器人设计与分析

虎克铰),实现机器人的五轴联动;
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e公司基于 Sp
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tZ３主轴头设计的 Ecospe
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[
９]
五轴混联机器 ,是在２R１T 机构３PRS 基座上
支链 A１a１、
A２a２为 UPU 结构,U 副中连接分支
燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室,秦皇岛,
１．
０６６００４
燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室,秦皇岛,
２．
０６６００４
摘要:提出了一款构型为 R(
２RPR)
R/SP＋RR 的新型五自由度混联机器人,对其性能进行分析,并
依据工作空间与力传递效率性能指标进行尺寸优化,获得了关键设计尺寸;在此基础上,进行混联机器
由度混联机器人产品均是在两转一移 (
２R１T)三
自由度并联机构基础上设计的 [５]. 如 NeosRo
Ｇ
[ ]
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c
s公司推出的 Tr
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t系列混联机器人６Ｇ７和
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chon 公司研制开发的混联加工中心 LINKS
Ｇ
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EXE７００８ ,它们分别在２R１T 并联机构３UPS/
中国机械工程第３０卷第１６期２０１９年８月下半月
４２０]mm,
H ∈[
１０００,
１２００]mm.

混联机器人的分析与研究

混联机器人的分析与研究
姜铭;孙钊;秦康生;朱望东
【期刊名称】《制造业自动化》
【年(卷),期】2009(031)001
【摘要】串联机器人需在各关节上设置驱动装置,故各动臂的运动惯量较大,因而不宜实现高速或超高速操作.混联机构兼有并联机构刚度大和串联机构工作空间大的优点;混联机器人的研究关键是构造新型少自由度并联机构.新型并联双自由度转动关节(RGRR-1)可以实现运动解耦;其活动构件少,仅有3个活动构件;工作空间大,可以实现绕固定坐标系z轴的摆动,幅度为-90°-90°,以及绕摆动轴X1轴的360°的转动;与串联双自由度转动关节相比,具有刚度好的优点.利用RGRR-1构造的混联机器人,具有刚度高、结构紧凑、工作空间大、制造容易等优点.
【总页数】5页(P61-65)
【作者】姜铭;孙钊;秦康生;朱望东
【作者单位】东南大学机械学院,南京,210036;扬州大学机械学院,扬州,225009;扬州大学机械学院,扬州,225009;扬州大学机械学院,扬州,225009;扬州大学机械学院,扬州,225009
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.一种混联机器人运动学分析与仿真研究 [J], 章敏凤;陈永煌
2.混联机器人UD-CFRP铣削过程切削力及加工质量分析 [J], 秦旭达;张艳;李皓;李士鹏;牛文铁;尚帅
3.一种新型混联机器人的设计及动力学分析 [J], 周宏菊
4.串并混联四足机器人腿机构的设计及运动学分析 [J], 马广英;王光明;刘润晨;姚云龙
5.3-RHUR/PUS+PP混联机器人构型与性能分析 [J], 田昕;赵铁石;王唱;李二伟;盛煜
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2024年度ABBIRC5机器人培训教材

优化算法
如遗传算法、粒子群算法等，用于机器人控制策略的优化。
19
多机器人协同作业策略
1 2
分布式协同控制通过局部通信和协商，实现多个机器人的协同作业。
集中式协同控制通过中央控制器对多个机器人进行统一调度和管理。
3
混合协同控制结合分布式和集中式协同控制的优点，实现更高效的多机器人协同作业。
准确存取。
02
分拣与配送
在物流中心，ABBIRC5机器人可承担分拣、搬运、配送等任务，提高了
物流处理速度和准确性。
2024/3/23
03
无人化运输
通过搭载不同的运输工具，ABBIRC5机器人可实现无人化的货物运输，
降低了人力成本。
29
医疗康复领域应用案例
2024/3/23
手术辅助操作 ABBIRC5机器人在医疗领域可用于辅助医生进行手术操作，提高手术的精度和效率。
机器人是一种能够自动执行工作的机器系统。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。
机器人的分类
根据应用领域不同，机器人可分为工业机器人、服务机器人、特种机器人等。
2024/3/23
4
工业机器人发展历程
第一代机器人
示教再现型机器人，主要由机器手控制器和示教盒组成，可按预先引导动作记录下信息重复再现
2024/3/23
电子电器行业
在电子电器行业中， ABBIRC5机器人可完成精密的零件组装、检测等任务，降低了人工操作的难度和错误率。
塑料制品行业
ABBIRC5机器人可应用于塑料制品的自动化生产线上，实现高效、准确的注塑、取件等操作。
28
物流仓储领域应用案例

五自由度机器人机构简图

五自由度机器人机构简图1. 引言五自由度机器人是一种具有五个可以独立运动的自由度的机器人，它由多个连接的连杆和关节构成。

本文将介绍五自由度机器人的机构简图，并对其各部分进行详细描述。

2. 机构构成五自由度机器人的机构主要包含以下几个部分：2.1 基座机器人的基座是整个机器人的支撑结构，它为机器人提供稳定的基础。

基座通常采用坚固的金属材料制成，以保证机器人在工作时的稳定性和承载能力。

2.2 第一关节第一关节是五自由度机器人最基本的部分，它连接基座和第二关节，并负责提供机器人在水平方向上的转动自由度。

第一关节通常采用电动驱动，可以通过电机或液压系统实现转动。

2.3 第二关节第二关节连接第一关节和第三关节，它负责提供机器人在垂直方向上的转动自由度。

第二关节通常由电动驱动器控制，可以实现机器人的上下运动。

2.4 第三关节第三关节连接第二关节和第四关节，它负责提供机器人的第三个转动自由度。

第三关节通常由电动驱动器控制，可以实现机器人的俯仰运动。

2.5 第四关节第四关节连接第三关节和第五关节，它负责提供机器人的第四个转动自由度。

第四关节通常由电动驱动器控制，可以实现机器人的左右旋转。

2.6 第五关节第五关节连接第四关节和机器人的末端执行器，它负责提供机器人的第五个转动自由度。

第五关节通常由电动驱动器控制，可实现机器人末端执行器的旋转。

3. 五自由度机器人的工作原理五自由度机器人通过控制每个关节的运动，可以实现复杂的工作任务。

在实际工作中，机器人通过携带各种工具或末端执行器，如夹具或喷枪等，来完成各种操作。

机器人的工作原理简单概括如下： - 通过操纵机器人的控制系统，控制每个关节的运动。

- 通过控制第一关节的转动，使机器人在水平方向上移动到目标位置。

- 通过控制第二关节的转动，使机器人在垂直方向上移动到目标高度。

- 通过控制第三关节的转动，使机器人在俯仰方向上对目标进行倾斜或调整位置。

- 通过控制第四关节的转动，使机器人在水平方向上对目标进行左右旋转。

一种新型五自由度混联机器人的动力学研究

的缺点：串联型机器人刚度比较低、积累误差大、精
具有刚度大、运动精度高、工作空间大、可快速完成操作等优点。本文所研究的对象是一种新型的五自由度混联机器人，如图１所示。该混联机器人由两部分
组成：串联部分和并联部分。串联部分由底部基座的
ｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｍｅａｎｓｏｆＭＡＴＬＡＢｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｃｈｅｃｋｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｄｎａｙｍｉｃｓｍｏｄｅｌｉｎｇ．
ｐａｐｅｒ，ｗｅｉｒｆｓｔｌｙｕｓｅｉｎｆｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｏｎｔｈｅｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅａｎａｌｙｓｉｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｅｒｉａｌ — ｐａｒａｌｌｅｌｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，Ｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｎｅｗｔｏｎ — Ｅｕｌｅｒｍｅｔｈｏｄ
０引言
工业生产使用的机器人按照拓扑结构分为…：串联型、并联型和混联型。串联和并联机器人都有各自
Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｐｅｒｆｏｒｍｅｄｂｙｕｓｉｎｇＮｅｗｔｏｎ — Ｅｕｌｅｒｍｅｔｈｏｄ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅ

【CN109834415A】混联式五自由度焊接机器人【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910277305.X(22)申请日 2019.04.08(71)申请人安徽工程大学地址 241000 安徽省芜湖市鸠江区北京中路8号(72)发明人高洪　王亚军　叶凯强　高吟　李静　朱家旺　张宇华　陆洁　齐国良　王永强　孙孟洋　(74)专利代理机构芜湖安汇知识产权代理有限公司 34107代理人朱顺利(51)Int.Cl.B23K 37/02(2006.01)B25J 11/00(2006.01)(54)发明名称混联式五自由度焊接机器人(57)摘要本发明公开了一种混联式五自由度焊接机器人，包括执行头、底座、可旋转的设置于底座上的主躯干体、副躯干体、与主躯干体和副躯干体连接且用于调节副躯干体与主躯干体之间距离的位置调节装置以及与副躯干体和所述执行头连接且用于调节执行头的姿态的三自由度并联机构。

本发明的混联式五自由度焊接机器人，采用“三轴并联+两轴串联”的混联结构，可以减小执行头末端的惯性，而且工作空间大，精度高。

权利要求书1页说明书7页附图5页CN 109834415 A 2019.06.04C N 109834415A权　利　要　求　书1/1页CN 109834415 A1.混联式五自由度焊接机器人，包括执行头，其特征在于：还包括底座、可旋转的设置于底座上的主躯干体、副躯干体、与主躯干体和副躯干体连接且用于调节副躯干体与主躯干体之间距离的位置调节装置以及与副躯干体和所述执行头连接且用于调节执行头的姿态的三自由度并联机构。

2.根据权利要求1所述的混联式五自由度焊接机器人，其特征在于：所述主躯干体为L 形结构，主躯干体包括可旋转的设置于所述底座上的躯干体下部和与躯干体下部连接的躯干体上部，躯干体下部与设置于底座上的第一电机连接。

3.根据权利要求1或2所述的混联式五自由度焊接机器人，其特征在于：所述位置调节装置包括与所述主躯干体和所述副躯干体连接且可在展开状态与折叠状态之间进行切换的第一支持组件、第二支持组件、第三支持组件和第四支持组件，第一支持组件与第三支持组件为相对布置，第二支持组件与第四支持组件为相对布置。

六自由度机械臂逆运动学求解

六自由度机械臂逆运动学求解作者：李顺治齐鹏王凯来源：《科技风》2019年第07期摘要：进行了六自由度机械手的正运动学分析和求解，提出了一套求解六自由度机械手逆运动学问题的算法，可以最大限度地降低能耗。

首先，根据机械臂的结构特点，建立D-H坐标系，得到正向运动学模型。

然后，通过对正向运动学模型可解性的分析，通过矩阵逆乘法得到机械臂逆运动学的完整解析解。

然后，采用计算极值的方法用于计算机械臂的运动轨迹的最小能耗。

最后，采用实例验证了正向运动学模型和反向运动学解决方案的正确性。

关键词：六自由度机械臂;正运动学;逆运动学1 概述我国每年的收成耗费大量劳动力，机械臂已经成为取代人类工作的好工具。

机械手是一种设计用于模仿人体手臂的装置，可以自动移动。

它用于抓取和收获，可以取代人类无法工作的环境中的人类工作，并可以确保稳定性，在提高生产效率和降低劳动力成本方面发挥了非常重要的作用，目前已被应用于各个领域。

6自由度机械手的逆运动学问题是近年来国内外研究的热点之一。

逆运动学解决方案的难点与机械手的结构直接相关。

许多学者为六自由度机械手的逆运动学解决方案做出了巨大贡献。

在求解逆运动学问题时，迭代方法只能找到一组解;分析方法可以得到所有解，但计算复杂;人工神经网络，遗传方法等仅在理论上进行了研究，不能保证解的精度和稳定性，很少用于机械手的运动控制。

本文提出了一种实时算法来解决六自由度机械手的逆运動学问题。

在分析机械手运动特性的基础上，建立了D-H坐标系，研究机械手的运动学问题。

首先建立了机械手的正运动学模型，然后通过矩阵逆乘法求解逆运动学问题。

最后，通过仿真实验验证了机械手的正运动学模型和逆运动学解的正确性。

2 正运动学模型机械手的正向运动学解决方案是通过主要使用D-H坐标系统知道操纵器的每个关节的角度来获得操纵器的端部操纵器的期望位置。

总的思路是：首先，在每个关节中建立参考坐标系;然后确定每两个相邻坐标系之间的关系;最后，获得机械臂的总变换矩阵。

混联机器人的类型及其分析

混联机器人的类型及其分析机械自动化和智能化的高速发展，极大的促进了机器人应用领域扩展，一方面既是对传统的机器人结构等方面提出了更高的要求，另一方面也急需适应性更好的具备新型结构的机器人出现，而混联机器人，结合了串联机器人和并联机器人的优点，成为了机器人发展的热点方向，文章将对混联机器人的类型进行介绍和分析。

标签：混联机器人；结构设计；类型前言自机器人出现以来，随着科技的进步，其发展逐渐呈现两个特点：一是机器人的应用领域不断扩大，机器人的种类日趋增多，正从传统的制造领域向人类工作和生活的各种社会领域扩展；另一方面是在纵向上随着需求范围的扩大，机器人结构和形态多样化，高端系统呈现明显的仿生和智能特征，性能不断提高，功能不断扩展和完善[1]。

然而，不论机器人在上述两个特点的哪方面具备突出性，都不可避免的面临一个机器人设计的基本问题：机器人的结构设计[2]。

从机器人开始出现发展到现在，先后出现了三类典型的机器人结构：串联机器人、并联机器人和混联机器人。

串联机器人具有易于正向运动学求解、运动空间大、控制简单，在工业生产中得到了广泛的应用，是工业机器人的主要形式；并联机构和串联机构相比，整体刚度大，承载能力强，结构简单，但其控制复杂，尤其是涉及不同运动副支链时，其运动解耦性较差。

而混联机器人将串联机器人和并联机器的人结合起来，属于一种机构上的折中，扩大了机器人的应用范围。

因此，在结构方面对混联机器人进行分类和分析，对于混联机器人的结构设计具有重大意义。

1 混联机器人的分类混联机器人在结构上常有三种形式[3]：（1）并联机构通过其他机构串联而成；（2）并联机构直接串联在一起；（3）在并联机构的支链中采用不同的结构。

1.1 并联机构通过其他机构串联而成此类混联机器人在基于在串联机构的某个关节或杆件以并联机构替换，例如在传统的串联机器人的基座端或执行端或中部关节插入具备相应自由度的并联机构，如图1-2；或者在并联结构的基础上串联其他运动副而产生的，例如在并联机构的静平台端或动平台端串接其他移动副或转动副，如图3。

基于RR_PRR机构的混联机械臂设计及其运动学分析_黄世亮

表 1 机械臂连杆参数
Tab. 1 The parameters of links of the mechanical arm
连杆
1
1
1
0
0
0
1
2
0
90°
0
2
3
1
0
0
3
4
2
0
4 90°
5
0
90°
0
5
将参数代入式 (2) 即可得到相邻杆件间的变换矩阵．则机械臂末端参考点相对于固定平台的总变换矩阵（即位置正解）为
中图分类号 TP242
文献标志码 A
Design and kinematic analysis of hybrid robotic arm based on
mechanism of RR&PRR
HUANG Shi-liang，QU Yun-xia，GUAN Xiao-tian，FAN Shun-cheng
某一点为参考点，采用 Matlab 软件编程得到机械臂的工作空间图形（如
图 4）．其坐标平面的部分截面图如图 5 所示．图 5a）和图 5b）分别表示的是 = 200 mm和 = 150 mm 的截面
图．图 5c）和图 5d）分别表示的是 = 300 mm和 = 300 mm的截面图．
图 4 混联机械臂的工作空间 Fig. 4 The workspace of the hybrid
图 1 2 自由度球面解耦并联机构 Fig. 1 2-DOF decoupled spherical
parallel mechanisms
3
4
56
7
1
1. 驱动电机；2. 肩关节；

科技成果——5自由度高刚度混联机器人

科技成果——5自由度高刚度混联机器人成果简介对于机械手臂的机械结构尽量做到易于维护、容易扩展到更多的自由度，并且希望其动作具有较高的灵活性。

在对机械手臂的控制上，要求使用合适的控制算法使机械手臂实现更高的定位精度。

并希望其控制拥有较好的系统稳定性并易于修改控制程序，在机械手臂增加更多的自由度或者其他设备时控制系统具有良好的扩展性。

混联拓扑结构继承了串联和并联拓扑结构的优点，具有结构紧凑工作空间占地面积比大刚度高可重构能力强等特点，可广泛应用于大型结构件高速高精度数控加工单元中。

技术原理五自由度机器人，包括固定架、第一长度调节装置、第二长度调节装置、第三长度调节装置、动平台和定位头，固定架的中间部位设置有第一铰链，该铰链由内、外同心环构成，第一长度调节装置的上部通过所述第一铰链和其与第一铰链构成的滑移副设置在固定架上，动平台固定安装在第一长度调节装置的末端，可提供两转动自由度的定位头安装在所述动平台的底部，其特征在于：所述固定架两侧对称地连接有第二、第三铰链，所述第二、第三长度调节装置一端分别与所述第二、第三铰链相连，其另一端分别通过具有三转动自由度的铰链与构成第一铰链的内环连接。

由2自由度球面并联机构和1条末端装有2自由度砖头并通过移动副与之串接的主动支链构成的5自由度混联高刚度机器人，可做成即插即用的可重构模块用于搭建不同形式和用途的自动化装备。

系列机器人为三维空间内的高精度复杂曲线切割作业、焊接作业和装配作业提供了完美的解决方案，拥有精度佳、可靠性高、易用性强、维护成本低等优势。

技术水平五自由度机器人，CN200510014459。

应用前景提出实现节点5坐标快速、低成本加工的创新构思，进而形成基于CAD/CAPP/CAM和新型工业机器人的“制模-组模-铸造-加工”数字化成套解决方案，并成功应用于2010年上海世博轴阳光谷大型复杂网壳结构工程，有效地解决节点制造成本高、工效低、周期长的技术问题，确保每个节点尺寸和角度毫厘不差。