專利名稱：一種二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)構(gòu)緊湊，無冗余自由度的二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于激光加工、傳輸、控制，投影以及天體目標(biāo)觀測等領(lǐng)域。傳統(tǒng)光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)多采用單軸形式或二軸常平架機(jī)構(gòu)，一般將其歸為串聯(lián)機(jī)構(gòu)，與其對應(yīng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)則是由多個(gè)支鏈構(gòu)成的閉環(huán)機(jī)構(gòu)。與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有精度高、剛度大，承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，為光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)提供了一種新的伺服機(jī)構(gòu)形式。近年來，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，尤其是三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如3RPS，3PSS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，在光學(xué)掃描領(lǐng)域內(nèi)越來越受到研究者的重視和青睞?，F(xiàn)有的基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的角度調(diào)整平臺，通過三個(gè)驅(qū)動器同時(shí)驅(qū)動連接在動平臺和基座之間的三條運(yùn)動支鏈，從而實(shí)現(xiàn)動平臺三個(gè)轉(zhuǎn)動自由度方向運(yùn)動，或者是兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度和一個(gè)附加的平動自由度運(yùn)動。通常情況下，光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)僅需兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度。但是，當(dāng)各個(gè)支鏈均為主動運(yùn)動支鏈時(shí)，現(xiàn)有的空間少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)一般自由度數(shù)不小于三，應(yīng)用于光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)領(lǐng)域時(shí)，具有冗余自由度，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制更加復(fù)雜。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對已有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)，提供一種無冗余自由度的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取了下述技術(shù)方案:一種二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括:一安裝執(zhí)行器的動平臺和一基座；連接于所述動平臺和所述基座之間的具有相同結(jié)構(gòu)的第一支鏈和第二支鏈，第一支鏈和第二支鏈均含有一個(gè)主動驅(qū)動的運(yùn)動副；連接于所述動平臺和所述基座之間的第三支鏈，第三支鏈含有一個(gè)被動驅(qū)動的運(yùn)動副；其中，所述第一、第二和第三支鏈，以及所述基座和所述動平臺，連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，所述空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過兩個(gè)直線電機(jī)的輸入運(yùn)動驅(qū)動所述動平臺運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度。所述第一支鏈和所述第二支鏈均為UPS型運(yùn)動支鏈，包括第一運(yùn)動副、第二運(yùn)動畐O、第三運(yùn)動副、直線電機(jī)定子、直線電機(jī)動子和第一連接桿；第一運(yùn)動副是連接于基座和直線電機(jī)定子之間的胡克鉸；第二運(yùn)動副是連接于直線電機(jī)動子和直線電機(jī)定子之間的移動副，且第二運(yùn)動副是主動驅(qū)動的；第三運(yùn)動副是連接于第一連接桿和動平臺之間的球餃。所述第三支鏈為U型運(yùn)動支鏈，包括第四運(yùn)動副和第二連接桿，所述基座和所述第二連接桿之間為固定連接，所述第四運(yùn)動副是連接于所述第二連接桿和所述動平臺的胡克鉸。所述第一、第二支鏈和第三支鏈與動平臺連接點(diǎn)分別為A1、B1、C1，所述第一、第二支鏈和第三支鏈與基座連接點(diǎn)分別為A2、B2、C2，線段AlBl的中點(diǎn)Dl與線段C1C2構(gòu)成一個(gè)平面，所述二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)關(guān)于此平面對稱。Δ AlBlCl為等腰三角形，且Λ A2B2C2為等腰三角形。所述等腰三角形Λ AlBlCl與等腰三角形Λ A2B2C2全等。所述角度ZAlClBl 和Z A2C2B2 為 90。。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果明顯。本實(shí)用新型提供的二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有三條支鏈，通過僅具有被動運(yùn)動副的第三支鏈來約束動平臺中心點(diǎn)上四個(gè)運(yùn)動方向上的自由度，因此動平臺具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動方向上的自由度；通過兩個(gè)直線電機(jī)分別驅(qū)動具有相同結(jié)構(gòu)的第一、第二支鏈，使得機(jī)構(gòu)上的驅(qū)動元件數(shù)目和運(yùn)動自由度數(shù)目相等，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的無冗余自由度的二自由度轉(zhuǎn)動。

圖1為本實(shí)用新型二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)示代表:1 基座； 2 第一運(yùn)動副；3 直線電機(jī)定子；4 直線電機(jī)動子； 5 第一連接桿；6 第三運(yùn)動副；7 第二連接桿； 8 第四運(yùn)動副；9 動平臺。
具體實(shí)施方式
為了更好的理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本實(shí)用新型一種二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括:一安裝執(zhí)行器的動平臺9和一基座I ;連接于所述動平臺9和所述基座I之間的具有相同結(jié)構(gòu)的第一支鏈和第二支鏈，第一支鏈和第二支鏈均含有一個(gè)主動驅(qū)動的運(yùn)動副；連接于所述動平臺9和所述基座I之間的第三支鏈，第三支鏈含有一個(gè)被動驅(qū)動的運(yùn)動副；其中，所述第一第二和第三支鏈，以及所述基座I和所述動平臺9，連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，所述空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過兩個(gè)直線電機(jī)的輸入運(yùn)動驅(qū)動所述動平臺9運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度。所述第一支鏈和所述第二支鏈均為UPS型運(yùn)動支鏈，包括第一運(yùn)動副2、第二運(yùn)動畐IJ (圖中未示出)、第三運(yùn)動副6、直線電機(jī)定子3、直線電機(jī)動子4和第一連接桿5 ;第一運(yùn)動副2是連接于基座I和直線電機(jī)定子3之間的胡克鉸；第二運(yùn)動副是連接于直線電機(jī)動子4和直線電機(jī)定子3之間的移動副，且第二運(yùn)動副是主動驅(qū)動的；第三運(yùn)動副6是連接于第一連接桿5和動平臺9之間的球餃。其中，U代表虎克餃，P代表移動副，S代表球鉸。所述第三支鏈為U型運(yùn)動支鏈，包括第四運(yùn)動副8和第二連接桿7，所述基座I和所述第二連接桿7之間為固定連接，所述第四運(yùn)動副8是連接于所述第二連接桿7和所述動平臺9的胡克鉸。所述第一、第二支鏈和第三支鏈與動平臺9連接點(diǎn)分別為A1、B1、C1，所述第一、第二支鏈和第三支鏈與基座I連接點(diǎn)分別為A2、B2、C2，線段AlBl的中點(diǎn)Dl與線段C1C2構(gòu)成一個(gè)平面，所述二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)關(guān)于此平面對稱。Δ AlBlCl為等腰三角形，且Λ A2B2C2為等腰三角形。等腰三角形Λ AlBlCl與等腰三角形Λ A2B2C2可以不相等，角度Z AlClBl和Z A2C2B2可以是大于0°到小于180°之間的任意角度。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述等腰三角形Λ AlBlCl與等腰三角形AA2B2C2全等，角度Z AlClBl和ZA2C2B2均為90度。由于所述的二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)克服平臺冗余自由度問題，不需要冗余驅(qū)動，僅需要兩個(gè)直線電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，減少了驅(qū)動器的數(shù)目，同時(shí)控制策略也得以簡化。因此，所述的二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于精密光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)時(shí)，可提高掃描精度和降低生產(chǎn)成本。所述的二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)可使得精密光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，有利于實(shí)現(xiàn)小型化。由于第一、第二支鏈上直線電機(jī)的動子與第一連接桿固定連接，并且具有相同結(jié)構(gòu)，因此支鏈復(fù)雜度降低，結(jié)構(gòu)更加緊湊，有利于實(shí)現(xiàn)小型化。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括: 一安裝執(zhí)行器的動平臺和一基座； 連接于所述動平臺和所述基座之間的具有相同結(jié)構(gòu)的第一支鏈和第二支鏈，第一支鏈和第二支鏈均含有一個(gè)主動驅(qū)動的運(yùn)動副； 連接于所述動平臺和所述基座之間的第三支鏈，第三支鏈含有一個(gè)被動驅(qū)動的運(yùn)動苜1J ; 其中，所述第一、第二和第三支鏈，以及所述基座和所述動平臺，連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，所述空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過兩個(gè)直線電機(jī)的輸入運(yùn)動驅(qū)動所述動平臺運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一支鏈和所述第二支鏈均為UPS型運(yùn)動支鏈，包括第一運(yùn)動副、第二運(yùn)動副、第三運(yùn)動副、直線電機(jī)定子、直線電機(jī)動子和第一連接桿；第一運(yùn)動副是連接于基座和直線電機(jī)定子之間的胡克鉸；第二運(yùn)動副是連接于直線電機(jī)動子和直線電機(jī)定子之間的移動副，且第二運(yùn)動副是主動驅(qū)動的；第三運(yùn)動副是連接于第一連接桿和動平臺之間的球餃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第三支鏈為U型運(yùn)動支鏈，包括第四運(yùn)動副和第二連接桿，所述基座和所述第二連接桿之間為固定連接，所述第四運(yùn)動副是連接于所述第二連接桿和所述動平臺的胡克鉸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述第一、第二支鏈和第三支鏈與動平臺連接點(diǎn)分別為A1、B1、C1，所述第一第二支鏈和第三支鏈與基座連接點(diǎn)分別為A2、B2、C2，線段AlBl的中點(diǎn)Dl與線段C1C2構(gòu)成一個(gè)平面，所述二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)關(guān)于此平面對稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:ΛAlBlCl為等腰三角形，且Λ A2B2C2為等腰三角形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述等腰三角形Δ AlBlCl與等腰三角形Λ A2B2C2全等。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述角度ZAlClBl和ZA2C2B2 為 90°。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括一安裝執(zhí)行器的動平臺和一基座；連接于所述動平臺和所述基座之間的具有相同結(jié)構(gòu)的第一支鏈和第二支鏈，第一支鏈和第二支鏈均含有一個(gè)主動驅(qū)動的運(yùn)動副；連接于所述動平臺和所述基座之間的第三支鏈，第三支鏈含有一個(gè)被動驅(qū)動的運(yùn)動副；其中，所述第一、第二和第三支鏈，以及所述基座和所述動平臺，連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，所述空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過兩個(gè)直線電機(jī)的輸入運(yùn)動驅(qū)動所述動平臺運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度。所述二自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)克服平臺冗余自由度問題，減少了驅(qū)動器的數(shù)目，同時(shí)控制策略也得以簡化。
文檔編號B25J9/00GK203045724SQ20122070030
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者梁濟(jì)民, 周雪峰, 張弓, 陳賢帥, 李凱格 申請人:廣州中國科學(xué)院先進(jìn)技術(shù)研究所