專利名稱：一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，特別是涉及一種三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
少自由度并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)自由度數(shù)少于6。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中大量要求自由度 少于6的操作任務(wù)，多余的自由度增加了系統(tǒng)硬件、軟件以及后期維護(hù)的復(fù)雜性，成本也 相應(yīng)增加。典型范例是目前廣泛應(yīng)用的Delta 3(代爾塔)自由度移動(dòng)機(jī)器人。三自由 度并聯(lián)機(jī)器人的研究和應(yīng)用近10年來(lái)一直受到國(guó)際相關(guān)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注，特 別是少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)中構(gòu)型綜合理論與設(shè)計(jì)方法更成為熱點(diǎn)問(wèn)題。王立平 [CN200910086957. 1]等人設(shè)計(jì)了一種并聯(lián)三自由度主軸頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可應(yīng)用于機(jī)械制作領(lǐng) 域；李研彪[CN200810162511.8]等設(shè)計(jì)了一種三自由度擬人并聯(lián)機(jī)械臂，適合于擬人機(jī)器 人等領(lǐng)域，完成一些較復(fù)雜的擬人操作。兩轉(zhuǎn)一移并聯(lián)機(jī)構(gòu)是少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的重要一類，可以實(shí)現(xiàn)空間的1個(gè) 移動(dòng)自由度和2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，是少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中具有典型工程應(yīng)用背景的一類， 被用作望遠(yuǎn)鏡聚焦裝置、運(yùn)動(dòng)模擬器、微操作機(jī)械手、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、加工中心的主軸頭 等。現(xiàn)有出版物上所公開(kāi)的兩轉(zhuǎn)一移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(如US6431802、W00025976、ZL 200610013608. 3，EP1123175、CA2349579、DE59905578D、ES2198991T、ZL200710057179. 4)都 存在著運(yùn)動(dòng)學(xué)模型復(fù)雜的問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)時(shí)控制、標(biāo)定困難。Carretero (卡雷特羅)等首先引入了 3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)中伴隨運(yùn)動(dòng)的概念，認(rèn)為伴 隨運(yùn)動(dòng)是3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)被約束的自由度，即非獨(dú)立的自由度上發(fā)生的小幅值運(yùn)動(dòng)。[PP] S類包括3-PRS、3-RPS、3-PPS和3-RRS四種機(jī)構(gòu)，其中3-PRS表示由三個(gè)分支組成，且每個(gè) 分支的運(yùn)動(dòng)副依次為P (移動(dòng)畐U)、R(轉(zhuǎn)動(dòng)畐U)、S (球鉸)，同理，有3-RPS、3-PPS和3-RRS。 [PP]S類并聯(lián)機(jī)構(gòu)的伴隨運(yùn)動(dòng)為X、Y方向的兩個(gè)移動(dòng)和繞動(dòng)平臺(tái)法線的轉(zhuǎn)動(dòng)。伴隨運(yùn)動(dòng)幅 值雖小，卻對(duì)[PP]S類并聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用有重要影響。由于伴隨運(yùn)動(dòng)是該機(jī)構(gòu)固有特性， 不能通過(guò)自身控制系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償，則需要通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)盡量減少[PP] S類機(jī)構(gòu)的伴隨 運(yùn)動(dòng)。李秦川[CN200910097535. 4]等提出了一種無(wú)伴隨運(yùn)動(dòng)的兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并 聯(lián)機(jī)構(gòu)，其操作平臺(tái)中心點(diǎn)處不存在伴隨運(yùn)動(dòng)。然而，值得注意的是，該點(diǎn)處于運(yùn)動(dòng)副中，因 而在工作中，很難成為實(shí)際的工作點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，該機(jī)構(gòu)應(yīng)具有動(dòng)平臺(tái) 上的刀具末端處僅一個(gè)伴隨運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)單、易于控制及標(biāo)定的特點(diǎn)，可應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)器 人和并聯(lián)機(jī)床。本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)、定平 臺(tái)和連接動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)的三條分支；其特征在于該三條分支結(jié)構(gòu)完全相同，其中左右兩個(gè)分支的運(yùn)動(dòng)平面重合并關(guān)于動(dòng)平臺(tái)對(duì)稱分布，中間分支的運(yùn)動(dòng)平面與左右分支的對(duì)稱平 面重合；每個(gè)分支設(shè)置一轉(zhuǎn)動(dòng)副、一連桿以及一球鉸；并且，每個(gè)分支還分別設(shè)置一由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)副；該移動(dòng)副直接安裝在定平臺(tái)上，動(dòng) 平臺(tái)依次通過(guò)所述球鉸、連桿、轉(zhuǎn)動(dòng)副以及移動(dòng)副與定平臺(tái)連接；或者，每個(gè)分支還分別設(shè)置一由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)副；該移動(dòng)副通過(guò)所述轉(zhuǎn)動(dòng)副連接在定 平臺(tái)上，動(dòng)平臺(tái)依次通過(guò)所述球鉸、連桿、移動(dòng)副以及轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連接；或者，每個(gè)分支還設(shè)置由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，該第二轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接在定平 臺(tái)上，動(dòng)平臺(tái)依次通過(guò)所述球鉸、連桿、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二連桿以及轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連接。所述左右兩個(gè)分支中的所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線均相互平行，中間分支的轉(zhuǎn)動(dòng)副的 轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與左右兩個(gè)分支中的轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直。所述動(dòng)平臺(tái)的下方垂直設(shè)置一刀具，刀具末端與左右兩個(gè)分支上的球鉸中心三點(diǎn) 共線。所述轉(zhuǎn)動(dòng)副是軸孔配合的鉸接結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的有益的效果是，由于減少了三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)刀具末端的伴 隨運(yùn)動(dòng)(只具有一個(gè)伴隨運(yùn)動(dòng)，而常規(guī)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或三個(gè)伴隨運(yùn)動(dòng))，降 低了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)雜程度，機(jī)構(gòu)擁有更為簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)學(xué)，使得該機(jī)構(gòu)更加易于控制和標(biāo)定， 可應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)床等場(chǎng)合。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例2的3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例3的3-RRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、一分支導(dǎo)軌，1-1、一分支滑塊，1-2、一分支轉(zhuǎn)動(dòng)副，1-3、一分支連桿，1_4、 一分支球鉸，2、二分支導(dǎo)軌，2-1、二分支滑塊，2-2、二分支轉(zhuǎn)動(dòng)副，2-3、二分支連桿，2-4、二 分支球鉸，3、三分支導(dǎo)軌，3-1、三分支滑塊，3-2、三分支轉(zhuǎn)動(dòng)副，3-3、三分支連桿，3-4、三分 支球鉸，4、動(dòng)平臺(tái)，5、刀具，6、定平臺(tái)，1-31、一分支滑管，2-31、二分支滑管，3-31、三分支滑 管，1-311、一分支第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，2-311、二分支第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，3-311、三分支第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，1-5、 一分支第二連桿，2-5、二分支第二連桿，3-5、，三分支第二連桿。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)附圖所示的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。三個(gè)附圖所示的實(shí)施例，均包括動(dòng)平臺(tái)4、定平臺(tái)6和連接動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)的三條 分支；三條分支結(jié)構(gòu)完全相同，其中左右兩個(gè)分支的運(yùn)動(dòng)平面重合并關(guān)于動(dòng)平臺(tái)對(duì)稱分布， 中間分支的運(yùn)動(dòng)平面與左右分支的對(duì)稱平面重合；每個(gè)分支至少設(shè)置一轉(zhuǎn)動(dòng)副、一連桿以 及一球鉸；刀具5位于動(dòng)平臺(tái)下方，并垂直于動(dòng)平臺(tái)；在此基礎(chǔ)上各實(shí)施例的不同點(diǎn)是加上A 每個(gè)分支還分別設(shè)置一由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)副；該移動(dòng)副直接安裝在定平 臺(tái)上，動(dòng)平臺(tái)依次通過(guò)所述球鉸、連桿以及轉(zhuǎn)動(dòng)副與移動(dòng)副連接，動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)有三個(gè)自由 度。例如，第一分支設(shè)置一由電機(jī)(圖中電機(jī)省略)驅(qū)動(dòng)的一分支滑塊1-1，該滑塊直接在 與定平臺(tái)固定的一分支導(dǎo)軌1上滑動(dòng)；動(dòng)平臺(tái)4依次通過(guò)一分支球鉸1-4、一分支連桿1-3、一分支轉(zhuǎn)動(dòng)副1-2、一分支滑塊1-1與固定在定平臺(tái)上的一分支導(dǎo)軌1連接(第二分支、第 三分支的結(jié)構(gòu)也相同，不再細(xì)述)；并且三個(gè)分支的導(dǎo)軌全部相互平行，左右兩個(gè)分支中 的所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線均相互平行，中間分支的轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與左右兩個(gè)分支中的 轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直，刀具末端、第二分支上的球鉸、第三分支上的球鉸三點(diǎn)共線。由此 構(gòu)成了圖1所示實(shí)施例1。或者加上B:每個(gè)分支還分別設(shè)置一由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)副，該移動(dòng)副通過(guò)所述轉(zhuǎn) 動(dòng)副連接在定平臺(tái)上，動(dòng)平臺(tái)依次通過(guò)所述球鉸、連桿、移動(dòng)副以及轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連接， 動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)有三個(gè)自由度。例如，第二分支設(shè)置一由電機(jī)(圖中電機(jī)省略)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng) 副，該移動(dòng)副通過(guò)所述二分支轉(zhuǎn)動(dòng)副2-2安裝在定平臺(tái)6上，動(dòng)平臺(tái)4依次通過(guò)所述二分支 球鉸2-4、二分支連桿2-3、二分支滑管2-31 ( 二分支連桿2-3作為導(dǎo)軌與二分支滑管2_31 組成移動(dòng)副)、二分支轉(zhuǎn)動(dòng)副2-2與定平臺(tái)連接(第二分支、第三分支的結(jié)構(gòu)也相同，不再細(xì) 述)。并且，左右兩個(gè)分支中的所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線均相互平行，中間分支的轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn) 動(dòng)軸線與左右兩個(gè)分支中的轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直，刀具末端、第二分支上的球鉸、第三分 支上的球鉸三點(diǎn)共線。由此構(gòu)成了圖2所示實(shí)施例2。顯然，實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同點(diǎn) 是移動(dòng)副與轉(zhuǎn)動(dòng)副的連接次序相反，并且每一分支中的移動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)方向與其兩端的轉(zhuǎn)動(dòng) 副轉(zhuǎn)動(dòng)軸線、球鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心相交，各分支中的移動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)方向之間沒(méi)有要求。或者加上C:每個(gè)分支還設(shè)置由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，該第二轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng) 副連接定平臺(tái)，動(dòng)平臺(tái)依次通過(guò)所述球鉸、連桿、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二連桿、轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連 接，動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)有三個(gè)自由度。例如第一分支設(shè)置第二轉(zhuǎn)動(dòng)副1-311，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副1-311 通過(guò)一分支轉(zhuǎn)動(dòng)副1-2連接在定平臺(tái)6上，動(dòng)平臺(tái)4依次通過(guò)一分支球鉸1-4、一分支連桿 1-3、一分支第二轉(zhuǎn)動(dòng)副1-311、一分支第二連桿1-5、以及一分支轉(zhuǎn)動(dòng)副1-2與定平臺(tái)連接 (第二分支、第三分支的結(jié)構(gòu)也相同，不再細(xì)述)。并且，左右兩個(gè)分支中的所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn) 動(dòng)軸線均相互平行，中間分支的轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與左右兩個(gè)分支中的轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線 垂直，刀具末端、第二分支上的球鉸、第三分支上的球鉸三點(diǎn)共線。由此構(gòu)成了圖3所示實(shí) 施例3。以上所述的全部轉(zhuǎn)動(dòng)副均為軸孔配合的鉸接結(jié)構(gòu)。并且，為圖面清晰，圖中所有轉(zhuǎn) 動(dòng)副僅畫(huà)出鉸接孔，鉸接軸均予省略。另外，所述的電機(jī)，圖中均省略不畫(huà)。
權(quán)利要求一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)(4)、定平臺(tái)(6)和連接動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)的三條分支；其特征在于該三條分支結(jié)構(gòu)完全相同，其中左右兩個(gè)分支的運(yùn)動(dòng)平面重合并關(guān)于動(dòng)平臺(tái)對(duì)稱分布，中間分支的運(yùn)動(dòng)平面與左右分支的對(duì)稱平面重合；每個(gè)分支設(shè)置一轉(zhuǎn)動(dòng)副、一連桿以及一球鉸；并且，每個(gè)分支還分別設(shè)置一由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)副；該移動(dòng)副直接安裝在定平臺(tái)(6)上，動(dòng)平臺(tái)(4)依次通過(guò)所述球鉸、連桿、轉(zhuǎn)動(dòng)副以及移動(dòng)副與定平臺(tái)連接；或者，該移動(dòng)副通過(guò)所述轉(zhuǎn)動(dòng)副連接在定平臺(tái)(6)上，動(dòng)平臺(tái)(4)依次通過(guò)所述球鉸、連桿、移動(dòng)副以及轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連接；或者，每個(gè)分支還設(shè)置由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，該第二轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接在定平臺(tái)(6)上，動(dòng)平臺(tái)(4)依次通過(guò)所述球鉸、連桿、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二連桿以及轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述左右兩個(gè)分 支中的所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線均相互平行，中間分支的轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與左右兩個(gè)分支 中的轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述動(dòng)平臺(tái) (4)的下方垂直設(shè)置一刀具(5)，刀具末端與左右兩個(gè)分支上的球鉸中心三點(diǎn)共線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述轉(zhuǎn)動(dòng)副是軸 孔配合的鉸接結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。提供一種降低了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)雜程度，機(jī)構(gòu)擁有更為簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)學(xué)的一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。技術(shù)方案是包括動(dòng)平臺(tái)、定平臺(tái)和連接動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)的三條分支；該三條分支結(jié)構(gòu)完全相同，其中左右兩個(gè)分支的運(yùn)動(dòng)平面重合并關(guān)于動(dòng)平臺(tái)對(duì)稱分布，中間分支的運(yùn)動(dòng)平面與左右分支的對(duì)稱平面重合；每個(gè)分支設(shè)置一轉(zhuǎn)動(dòng)副、一連桿以及一球鉸。
文檔編號(hào)B25J9/08GK201736224SQ20102022140
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者孫曉東, 張鐵牛, 李秦川, 王茹, 陳巧紅, 陳志 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)