專利名稱：大工作空間三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
大工作空間三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及先進(jìn)制造領(lǐng)域，特別涉及一種大工作空間三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可定義為上下平臺(tái)(固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái))之間用兩個(gè)或兩個(gè) 以上的運(yùn)動(dòng)支鏈相連，每個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈由連桿和運(yùn)動(dòng)副組成，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上 自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于大型模擬設(shè)備、機(jī)器人、數(shù) 控機(jī)床、傳感器、微操作器、雕刻機(jī)和測量機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域。Stewart平臺(tái)是一種典型的并聯(lián)機(jī) 器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有6個(gè)自由度，首次用于并聯(lián)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床被認(rèn)為是二十世紀(jì)以 來機(jī)床結(jié)構(gòu)的一次革命，在這以后發(fā)明了多種6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。 由于結(jié)構(gòu)的限制，6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)有許多技術(shù)問題沒能很好解決，如運(yùn)動(dòng)耦合性 強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)正解復(fù)雜、工作空間小、傳動(dòng)特性差等。三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中 具有廣闊的應(yīng)用前景，不少學(xué)者研究了多種該類型的機(jī)構(gòu)，如Delta機(jī)構(gòu)、Star Like機(jī)構(gòu) 等。中國學(xué)者在三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的研究方面也取得了大量的研究成果(如專利申 i青號(hào):01108297. 6 ;01113519. 0 ;03113354. 1 ;200410018623. 8 ;200510037951. 7等)。
目前國內(nèi)外學(xué)者研究了多種三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其性能及應(yīng)用場合各有不 同，并聯(lián)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等的發(fā)展和實(shí)用化需要?jiǎng)?chuàng)造出優(yōu)于現(xiàn)有機(jī)型的新機(jī)型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、控制容易、運(yùn)動(dòng)精度高、成本較低、工作空間 大的三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。 本發(fā)明為解決上述問題所采用的方案是設(shè)計(jì)一種大工作空間三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器 人機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)4、固定平臺(tái)和聯(lián)接上述兩平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成；所 說的每一個(gè)支鏈自下而上分別由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)虎克鉸和它們之間的連桿組成；其中
所說的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副Dl， D2， D3與固定平臺(tái)5相連接，該第一轉(zhuǎn)動(dòng)副為驅(qū)動(dòng)副；且該 第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與固定平臺(tái)平面和所說相鄰的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副Cl， C2， C3的軸線平行，所說 第三轉(zhuǎn)動(dòng)副Bl， B2， B3的軸線則與第一、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直； 所說的虎克鉸A1，A2，A3與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)4相連接，該虎克鉸上的兩個(gè)軸的軸線各與第
一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行； 所說的同一平臺(tái)上的任意兩條軸線不能相互平行。 本發(fā)明的有益效果是 1、機(jī)構(gòu)工作平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)三維平移運(yùn)動(dòng)輸出。
2、機(jī)構(gòu)簡單、可以高速運(yùn)動(dòng)。 3、機(jī)構(gòu)不存在虛約束，且運(yùn)動(dòng)副均為低副，制造、安裝容易，傳動(dòng)精度高，成本低。
4、工作空間大，且傳動(dòng)特性好。 5、運(yùn)動(dòng)學(xué)正、反解均為解析解，簡化了軌跡規(guī)劃、控制、校正等技術(shù)問題。

圖1大工作空間三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的大工作空間三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3、固定平臺(tái)4和聯(lián)接 上述兩平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成。每一個(gè)支鏈由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)虎克鉸組成。與 固定平臺(tái)相連的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(Dl， D2， D3)為驅(qū)動(dòng)副，與驅(qū)動(dòng)副相鄰的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(Cl， C2， C3)軸線分別與驅(qū)動(dòng)副軸線平行，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(Bl， B2， B3)軸線與前二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直。 與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連的虎克鉸(Al， A2， A3)的一個(gè)軸的軸線與驅(qū)動(dòng)副軸線平行，虎克鉸的另外 一個(gè)軸的軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)4和固定平臺(tái)5上的軸線均在該平臺(tái)同一 平面上，同一平臺(tái)上的任意兩條軸線不能相互平行。如圖所示，與固定平臺(tái)相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副為 驅(qū)動(dòng)副，驅(qū)動(dòng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)各驅(qū)動(dòng)副在控制下旋轉(zhuǎn)不同角度時(shí)，其余各轉(zhuǎn)動(dòng)副、虎克鉸 則在連桿和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的拉動(dòng)下，做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在工作空間內(nèi)做三維平 移運(yùn)動(dòng)。 每一個(gè)支鏈中的連接桿可以是不影響各桿運(yùn)動(dòng)的桿、板或異型的形狀。
運(yùn)動(dòng)操作器或執(zhí)行器安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)三維移動(dòng)操作。
權(quán)利要求
一種大工作空間三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于，該機(jī)構(gòu)由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(4)、固定平臺(tái)(5)和聯(lián)接上述兩平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成；所說的每一個(gè)支鏈自下而上分別由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)虎克鉸和它們之間的連桿組成；其中所說的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(D1，D2，D3)與固定平臺(tái)(5)相連接，該第一轉(zhuǎn)動(dòng)副為驅(qū)動(dòng)副，軸線相交于固定平臺(tái)的中心點(diǎn)；且該第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與固定平臺(tái)平面和所說的相鄰的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(C1，C2，C3)的軸線平行，所說第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(B1，B2，B3)的軸線則與第一、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直；所說的虎克鉸(A1，A2，A3)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(4)相連接，該虎克鉸上的兩個(gè)軸的軸線各與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行。
2. 按照權(quán)利要求1所述的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所說的每一個(gè)支鏈中的連接桿是不 影響各桿運(yùn)動(dòng)的桿、板或異型的形狀。
3. 按照權(quán)利要求1所述的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所說的同一平臺(tái)上的任意兩條軸線 不能相互平行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大工作空間三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)和聯(lián)接上述兩平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成；所說的每一個(gè)支鏈自下而上分別由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)虎克鉸和它們之間的連桿組成。本發(fā)明的機(jī)構(gòu)其工作平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)三維平移運(yùn)動(dòng)輸出；機(jī)構(gòu)簡單、可以高速運(yùn)動(dòng)；機(jī)構(gòu)不存在虛約束，且運(yùn)動(dòng)副均為低副，制造、安裝容易，傳動(dòng)精度高，成本低；而且工作空間大，且傳動(dòng)特性好；同時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)正、反解均為解析解，簡化了軌跡規(guī)劃、控制、校正等技術(shù)問題。
文檔編號(hào)B25J9/08GK101700655SQ20091007109
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者李彬, 趙新華 申請人:天津理工大學(xué)