專利名稱：三自由度移動(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)明涉及一種空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，尤其涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)移動(dòng)的三自由度空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空間并聯(lián)機(jī)器人是當(dāng)今國內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。與串聯(lián)機(jī)器人相比，并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大、負(fù)荷自重比高等特點(diǎn)。最早的空間六自由度并聯(lián)機(jī)器人是Swewart1965年采用的6 — SPS平臺(tái)機(jī)構(gòu)。這種空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)開始用于飛行模擬器，近年來又被設(shè)計(jì)成并聯(lián)虛擬軸機(jī)床，微動(dòng)機(jī)器人和傳感元件等。并聯(lián)機(jī)器人具有廣泛應(yīng)用前景，特別是結(jié)構(gòu)與控制較簡單的二、三、四、五自由度并聯(lián)機(jī)器人，是當(dāng)前應(yīng)用研究中的一個(gè)新熱點(diǎn)。相對于六自由度并聯(lián)機(jī)器人，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)更趨于簡單，從而降低設(shè)計(jì)、制造和控制的成本。因此，越來越多的學(xué)者開始了對少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究，尤其是對稱少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如Delta機(jī)構(gòu)、StarLike機(jī)構(gòu)等。中國學(xué)者在少自由度并聯(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(如專利申請?zhí)?01108297.6 ；01113519.0 ；03113354.1 ；200410018623.8 ；200510037951.7 等)。目前三平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)器人機(jī)構(gòu)作為分揀機(jī)構(gòu)具有廣闊的應(yīng)用前景，為克服并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的定位部件存在桿件多、運(yùn)動(dòng)副多、執(zhí)行部分的慣性大而導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度不高這一問題，需要?jiǎng)?chuàng)造出滿足運(yùn)動(dòng)形式要求且運(yùn)動(dòng)副少、運(yùn)行速度高的新機(jī)型。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上不足，本發(fā)明的目的在于提供一種三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，是在動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間連接有三條結(jié)構(gòu)形式相同的分支運(yùn)動(dòng)鏈，從定平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)之間，每條分支均由一個(gè)螺旋副，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)圓柱副，螺旋副軸線垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，轉(zhuǎn)動(dòng)副與圓柱副軸線相互平行，實(shí)現(xiàn)空間的三維移動(dòng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的:三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)、定平臺(tái)以及連接動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的三條分支運(yùn)動(dòng)鏈，其特征在于:所述的每條分支運(yùn)動(dòng)鏈均由一個(gè)螺旋副H，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R和一個(gè)圓柱副C組成，螺旋副H的軸線垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副R的軸線，轉(zhuǎn)動(dòng)副R與圓柱副C的軸線相互平行。所述的定平臺(tái)上設(shè)有支架，支架是三叉結(jié)構(gòu)，三叉上分別設(shè)有三個(gè)傳動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)，每個(gè)傳動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)由滾珠絲杠、移動(dòng)滑塊、螺母、左限位塊、軸承、滾珠絲杠和右限位塊組成，滾珠絲杠通過左限位塊和右限位塊固定在支架上，移動(dòng)滑塊通過電機(jī)在滾珠絲杠上移動(dòng)，移動(dòng)滑塊連接螺旋副H和轉(zhuǎn)動(dòng)副R，轉(zhuǎn)動(dòng)副R和圓柱副C通過連桿連接，圓柱副C安裝在動(dòng)平臺(tái)上。所述的動(dòng)平臺(tái)上的三個(gè)圓柱副C的軸線平行于同一平面或相互垂直，安裝在支架的三個(gè)滾珠絲杠可以與定平臺(tái)成任意角度。所述的傳動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)是普通螺旋副。
本發(fā)明，1、機(jī)構(gòu)工作平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)三平動(dòng)形式的運(yùn)動(dòng)輸出。2、機(jī)構(gòu)簡單、機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)少，運(yùn)動(dòng)副自由度總數(shù)只有9個(gè)。3、機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)副完全放置于固定平臺(tái)之上，大大減少了機(jī)構(gòu)整體的運(yùn)動(dòng)慣性，從而可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的高速運(yùn)動(dòng)。4、可以有效的改善并聯(lián)機(jī)構(gòu)因運(yùn)動(dòng)副自由度過多而導(dǎo)致的容易發(fā)生撓曲和扭轉(zhuǎn)變形的問題。5、通過在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上串接一個(gè)夾持工具，由此可應(yīng)用于高速分揀的場合。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是滾珠絲杠與支架連接示意圖。圖中:1.動(dòng)平臺(tái)，2.圓柱副C，3.連桿，4.支架，5.轉(zhuǎn)動(dòng)副R，6.移動(dòng)滑塊，7.螺旋副H，8.定平臺(tái)，9.螺母，10.左限位塊，11.軸承，12.滾珠絲杠，13.右限位塊。
具體實(shí)施例方式由圖1知，三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由動(dòng)平臺(tái)1、定平臺(tái)8以及連接動(dòng)平臺(tái)I和定平臺(tái)8的三個(gè)分支組成，三條分支由三個(gè)螺旋副H 7 (Hn、H21、H32)，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R 5 (R12、R22、R32)和三個(gè)圓柱副C2(C13、C23、C33)組成，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R5和一個(gè)圓柱副C2組成螺旋副H7的軸線垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副R5的軸線，轉(zhuǎn)動(dòng)副R5與圓柱副C2的軸線相互平行。上下三角形表示動(dòng)定平臺(tái)，每個(gè)分支是HRC
運(yùn)動(dòng)鏈。4 (i=l, 2，3; j=l, 2，3)表示運(yùn)動(dòng)副的軸線。本發(fā)明公開的3-HRC三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，安裝在動(dòng)平臺(tái)I上的三個(gè)圓柱副的軸線可以平行于同一平面也可以相互垂直，安裝在支架4上的三個(gè)螺旋副可以與定平臺(tái)8成任意角度；三個(gè)輸入是三個(gè)安裝在支架4的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三個(gè)滾珠絲杠12，移動(dòng)滑塊6連接螺旋副H7和轉(zhuǎn)動(dòng)副 R5，轉(zhuǎn)動(dòng)副R5和圓柱副C2通過連桿3連接，圓柱副C2安裝在動(dòng)平臺(tái)I上。由圖2知，是滾珠絲杠與支架連接示意圖。所述的定平臺(tái)8上設(shè)有支架4，支架4是三叉結(jié)構(gòu)，三叉上分別設(shè)有三個(gè)傳動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)由滾珠絲杠12、移動(dòng)滑塊
6、螺母9、左限位塊10、軸承11、滾珠絲杠12和右限位塊13組成，滾珠絲杠12通過左限位塊10和右限位塊13固定在支架4，移動(dòng)滑塊6通過電機(jī)在滾珠絲杠7上移動(dòng)，移動(dòng)滑塊6連接螺旋副H7和轉(zhuǎn)動(dòng)副R5，轉(zhuǎn)動(dòng)副R5和圓柱副C2通過連桿3連接，圓柱副C2安裝在動(dòng)平臺(tái)I上。動(dòng)平臺(tái)I上的三個(gè)圓柱副C2的軸線平行于同一平面或相互垂直，安裝在支架4的三個(gè)滾珠絲杠12可以與定平臺(tái)8成任意角度。傳動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)可以是普通螺旋副，也可以是精密高速滾珠絲杠副。。螺旋副Hu、H21、^31作為機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)副，通過三個(gè)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)各驅(qū)動(dòng)
副在控制下運(yùn)動(dòng)不同位移時(shí)，其余的各轉(zhuǎn)動(dòng)副和圓柱副則在連桿和動(dòng)平臺(tái)的拉動(dòng)下，作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)在工作空間內(nèi)做三維移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)輸出。本發(fā)明可以于設(shè)計(jì)各種用途的空間并聯(lián)機(jī)器人(如工業(yè)生產(chǎn)、分揀等)、并聯(lián)虛擬軸機(jī)床等。
權(quán)利要求
1.三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)(I)、定平臺(tái)(8)以及連接動(dòng)平臺(tái)(I)和定平臺(tái)(8)的三條分支運(yùn)動(dòng)鏈，其特征在于:所述的每條分支運(yùn)動(dòng)鏈均由一個(gè)螺旋副H (7)，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R (5)和一個(gè)圓柱副C (2)組成，螺旋副H (7)的軸線垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副R (5)的軸線，轉(zhuǎn)動(dòng)副R (5)與圓柱副C (2)的軸線相互平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的定平臺(tái)(8)上設(shè)有支架(4)，支架(4)是三叉結(jié)構(gòu)，三叉上分別設(shè)有三個(gè)傳動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)由滾珠絲杠(12 )、移動(dòng)滑塊(6 )、螺母()9、左限位塊(10 )、軸承(11)、滾珠絲杠(12 )和右限位塊(13)組成，滾珠絲杠(12)通過左限位塊(10)和右限位塊(13)固定在支架(4)，移動(dòng)滑塊(6)通過電機(jī)在滾珠絲杠(7)上移動(dòng)，移動(dòng)滑塊(6)連接螺旋副H (7)和轉(zhuǎn)動(dòng)副R (5)，轉(zhuǎn)動(dòng)副R (5)和圓柱副C (2)通過連桿(3)連接，圓柱副C (2)安裝在動(dòng)平臺(tái)(I)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的動(dòng)平臺(tái)(I)上的三個(gè)圓柱副C (2)的軸線平行于同一平面或相互垂直，安裝在支架(4)的三個(gè)滾珠絲杠(7)可以與定平臺(tái)(8)成任意角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的傳動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)是普通螺旋副。
全文摘要
三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)(1)、定平臺(tái)(8)以及連接動(dòng)平臺(tái)(1)和定平臺(tái)(8)的三條分支運(yùn)動(dòng)鏈，其特征在于所述的每條分支運(yùn)動(dòng)鏈均由一個(gè)螺旋副H(7)，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R(5)和一個(gè)圓柱副C(2)組成，螺旋副H(7)的軸線垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副R(5)的軸線，轉(zhuǎn)動(dòng)副R(5)與圓柱副C(2)的軸線相互平行。本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)空間的三維移動(dòng)，除具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛度大、承載高的特點(diǎn)外，還具有結(jié)構(gòu)相對簡單，結(jié)構(gòu)對稱等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高速精密傳動(dòng)。本發(fā)明可以設(shè)計(jì)各種用途的空間并聯(lián)機(jī)器人，并聯(lián)虛擬軸機(jī)床等。
文檔編號B25J9/00GK103144100SQ20131009182
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者郭林發(fā), 楊尹, 沈?qū)殗? 冷承業(yè), 李良灣, 許生炎 申請人:萬新光學(xué)集團(tuán)有限公司