專利名稱：一種二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)主要有三大類串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)和混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。其中，串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)是各桿件通過運(yùn)動(dòng)副依次相連的開式鏈，其優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)空間大和靈活性高，其缺點(diǎn)有由于各桿件誤差的累積導(dǎo)致末端件精度很低，剛度低，慣性大，動(dòng)力學(xué)性能差等，限制了在需要高定位精度和力控制精度的作業(yè)場合中的應(yīng)用；并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)是一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)，其動(dòng)平臺(tái)或稱末端執(zhí)行器通過至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈與機(jī)架相連接。與串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度高、精度高、動(dòng)力學(xué)性能好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。目前，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)在機(jī)床、機(jī)器人、醫(yī)療器械、航空、航天、航海、娛樂、仿真等行業(yè)中越來越得到重視；混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)串接或并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)串接而成，既發(fā)揮了并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，又結(jié)合了串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)靈活度高、轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
目前，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)正日益得到重視，無論是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，還是與其他機(jī)構(gòu)組成混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的研究可以追溯到1947年，Gough建立了具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理；1962年Gough完成了用于輪胎檢測的樣機(jī)；1965年Stewart設(shè)計(jì)了用于飛行模擬器的機(jī)構(gòu)，后來成為最為典型的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)；1978年Hunt系統(tǒng)地分析了并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)，提出了多種可用于并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)類型；到2001年，公開的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)有87種，其中3、6自由度的各占40％，4自由度的占6％，5自由度的占3.5％，2自由度的占10.5％。
到目前為止，在我國專利中并聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型及其應(yīng)用的專利有50項(xiàng)之多，但專門實(shí)現(xiàn)二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)很少，如3-RPS機(jī)構(gòu)。現(xiàn)有二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)有運(yùn)動(dòng)學(xué)正解復(fù)雜，使得軌跡規(guī)劃和控制復(fù)雜；輸入和輸出間的關(guān)系為強(qiáng)耦合關(guān)系，系統(tǒng)控制復(fù)雜；工作空間小等。
綜上所述，機(jī)器人機(jī)構(gòu)、機(jī)械制造等的發(fā)展和實(shí)用化需要?jiǎng)?chuàng)造出優(yōu)于現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的新構(gòu)型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種可實(shí)現(xiàn)二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)的、實(shí)用的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，解決輸入、輸出間的耦合問題，解決正解復(fù)雜問題，進(jìn)而簡化軌跡規(guī)劃和控制等問題。
本發(fā)明提供了一種二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連接定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)分支，其特征在于所述三個(gè)分支中兩個(gè)分支結(jié)構(gòu)相同，各包含一個(gè)作為驅(qū)動(dòng)副的單自由度運(yùn)動(dòng)副，分別通過兩個(gè)虎克鉸與所述定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)連接，另一個(gè)分支是直線驅(qū)動(dòng)的可伸縮連桿，一端與定平臺(tái)固連，另一端通過虎克鉸與所述動(dòng)平臺(tái)相連；所述定平臺(tái)與三個(gè)分支相交于不在一條直線上A、B、C三點(diǎn)，所述動(dòng)平臺(tái)與三個(gè)分支相交于不在一條直線上的與定平臺(tái)相對(duì)應(yīng)的A′、B′、C′三點(diǎn)，定平臺(tái)上虎克鉸軸線相互平行，動(dòng)平臺(tái)上虎克鉸軸線相互平行。
所述的三個(gè)分支中的兩個(gè)相同分支均為可伸縮連桿，所述可伸縮連桿包含的單自由度運(yùn)動(dòng)副為移動(dòng)副。
所述的三個(gè)分支中的兩個(gè)相同分支均由通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的連架桿和連桿組成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)通過一個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了空間繞兩垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)和沿與兩轉(zhuǎn)動(dòng)軸相垂直方向的移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)形式明確。
2、本發(fā)明的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)的串連式機(jī)器人機(jī)構(gòu)相比，具有高剛度、高精度、低運(yùn)動(dòng)質(zhì)量、高動(dòng)態(tài)性能等特性。
3、本發(fā)明的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正、反解簡單。
4、本發(fā)明的二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)在需要二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)的作業(yè)中有著廣泛的運(yùn)用前景。


圖1是本發(fā)明二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的實(shí)施例之一總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的實(shí)施例之二總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的定平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
實(shí)施例1本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，該機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)9通過三個(gè)分支和定平臺(tái)1相連接，此三個(gè)分支均為可伸縮連桿。第一個(gè)分支由通過移動(dòng)副4相連的連桿3和連桿5組成，該分支的連桿3通過虎克鉸2與定平臺(tái)1相連，連桿5通過虎克鉸11與動(dòng)平臺(tái)9相連；第二個(gè)分支由通過移動(dòng)副13相連的連桿12和連桿14組成，該分支的連桿14通過虎克鉸15與定平臺(tái)1相連，連桿12通過虎克鉸10與動(dòng)平臺(tái)9相連；第三個(gè)分支由相連的移動(dòng)副6和連桿7組成，移動(dòng)副6與定平臺(tái)1固定，連桿7通過虎克鉸8與動(dòng)平臺(tái)9相連。動(dòng)平臺(tái)9通過三個(gè)可伸縮連桿的伸縮來實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)9沿移動(dòng)副6方向的移動(dòng)和繞虎克鉸8的兩軸向方向轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度空間運(yùn)動(dòng)。
如圖3，圖4所示，定平臺(tái)與三個(gè)分支相交于不在一條直線上A、B、C三點(diǎn)，動(dòng)平臺(tái)與三個(gè)分支相交于不在一條直線上的與定平臺(tái)相對(duì)應(yīng)的A′、B′、C′三點(diǎn)，圖3中虛線表示與動(dòng)平臺(tái)交于A′、B′、C′三點(diǎn)的虎克鉸的軸線，動(dòng)平臺(tái)上這些虎克鉸的軸線是相互平行的。圖4中虛線表示與定平臺(tái)交于B、C兩點(diǎn)的虎克鉸的軸線，定平臺(tái)這些虎克鉸的軸線是相互平行的。
實(shí)施例2本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，該機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)24通過三個(gè)分支和定平臺(tái)16相連接，第一個(gè)分支為可伸縮連桿，該分支包括由相連的移動(dòng)副21和連桿22組成，移動(dòng)副21與定平臺(tái)16固定，連桿22通過虎克鉸23與動(dòng)平臺(tái)24相連。第二個(gè)分支由通過轉(zhuǎn)動(dòng)副19相連的連桿18和連桿20組成，該分支的連架桿18通過虎克鉸17與定平臺(tái)16相連，連桿20通過虎克鉸26與動(dòng)平臺(tái)24相連，連架桿18和連桿20間轉(zhuǎn)動(dòng)副19的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，分別與虎克鉸17、虎克鉸26上相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互平行；第三個(gè)分支由通過轉(zhuǎn)動(dòng)副28相連的連架桿29和連桿27組成，該分支的連桿29通過虎克鉸30與定平臺(tái)16相連，連桿27通過虎克鉸25與動(dòng)平臺(tái)24相連，連架桿29和連桿27間轉(zhuǎn)動(dòng)副28的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，分別與虎克鉸25、虎克鉸30上相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互平行；動(dòng)平臺(tái)24通過移動(dòng)副21的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)副19和28的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)24沿移動(dòng)副21方向的移動(dòng)和繞虎克鉸23的兩軸向方向轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度空間運(yùn)動(dòng)。
實(shí)施例2中定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)上虎克鉸的位置與實(shí)施例1的相同。
權(quán)利要求
1.一種二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連接定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)分支，其特征在于所述三個(gè)分支中兩個(gè)分支結(jié)構(gòu)相同，各包含一個(gè)作為驅(qū)動(dòng)副的單自由度運(yùn)動(dòng)副，分別通過兩個(gè)虎克鉸與所述定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)連接，另一個(gè)分支是直線驅(qū)動(dòng)的可伸縮連桿，一端與定平臺(tái)固連，另一端通過虎克鉸與所述動(dòng)平臺(tái)相連；所述定平臺(tái)與三個(gè)分支相交于不在一條直線上A、B、C三點(diǎn)，所述動(dòng)平臺(tái)與三個(gè)分支相交于不在一條直線上的與定平臺(tái)相對(duì)應(yīng)的A′、B′、C′三點(diǎn)，定平臺(tái)上虎克鉸軸線相互平行，動(dòng)平臺(tái)上虎克鉸軸線相互平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的三個(gè)分支中的兩個(gè)相同分支均為可伸縮連桿，所述可伸縮連桿包含的單自由度運(yùn)動(dòng)副為移動(dòng)副。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的三個(gè)分支中的兩個(gè)相同分支均由通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的連架桿和連桿組成。
全文摘要
一種二維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，屬于工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械制造領(lǐng)域。本發(fā)明包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連接定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)分支，三個(gè)分支中兩個(gè)分支結(jié)構(gòu)相同，各包含一個(gè)作為驅(qū)動(dòng)副的單自由度運(yùn)動(dòng)副，分別通過兩個(gè)虎克鉸與定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)連接，另一個(gè)分支是直線驅(qū)動(dòng)的可伸縮連桿，一端與定平臺(tái)固連，另一端通過虎克鉸與所述動(dòng)平臺(tái)相連；定平臺(tái)與三個(gè)分支相交于不在一條直線上A、B、C三點(diǎn)，動(dòng)平臺(tái)與三個(gè)分支相交于不在一條直線上的與定平臺(tái)相對(duì)應(yīng)的A′、B′、C′三點(diǎn)，定平臺(tái)上虎克鉸軸線相互平行，動(dòng)平臺(tái)上虎克鉸軸線相互平行。本發(fā)明具有高精度、低運(yùn)動(dòng)質(zhì)量、高動(dòng)態(tài)性能、運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解簡單、運(yùn)動(dòng)方式明確、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J9/08GK1537704SQ20031010167
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月24日
發(fā)明者汪勁松, 關(guān)立文, 王立平, 段廣洪, 楊燕 申請(qǐng)人:清華大學(xué)