本發(fā)明涉及機(jī)器人機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

并聯(lián)機(jī)構(gòu)相對(duì)于串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、承載能力強(qiáng)、累計(jì)誤差小、精度高等優(yōu)點(diǎn)，六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)六個(gè)自由度的位置和姿勢(shì)調(diào)整，但是一般情況下，由于自由度數(shù)目的增加，分支數(shù)目也會(huì)相應(yīng)增加，控制過(guò)程的復(fù)雜程度也就相應(yīng)增加。

近年來(lái)，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)不斷受到研究者的重視和青睞，而剛度高，工作空間較大，運(yùn)動(dòng)靈活性好，且控制簡(jiǎn)單的該類并聯(lián)機(jī)構(gòu)是現(xiàn)在急需的，且將四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)用作海洋運(yùn)動(dòng)模擬器的設(shè)計(jì)較少，將其用作海洋鉆井穩(wěn)定調(diào)平平臺(tái)的設(shè)計(jì)基本沒(méi)有。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種工作空間大、剛度大且易于控制的四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明提供一種四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)以及連接在機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)之間的第一支腳、第二支腳、第三支腳和第四支腳，所述第一支腳、所述第二支腳、所述第三支腳和所述第四支腳均可伸縮，所述第一支腳的下部通過(guò)一第一十字連接件轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述機(jī)架上，所述第一十字連接件包括相互垂直的第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸，所述第一支腳可分別繞所述第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第一支腳的上部通過(guò)第三轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述動(dòng)平臺(tái)上，所述第二支腳的下部通過(guò)第二十字連接件轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述機(jī)架上，所述第二十字連接件包括相互垂直的第四轉(zhuǎn)軸和第五轉(zhuǎn)軸，所述第二支腳可分別繞所述第四轉(zhuǎn)軸和第五轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二支腳的上部通過(guò)第六轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述動(dòng)平臺(tái)上，所述第三支腳的下部通過(guò)第三十字連接件轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述機(jī)架上，所述第三十字連接件包括相互垂直的第七轉(zhuǎn)軸和第八轉(zhuǎn)軸，所述第三支腳可分別繞所述第七轉(zhuǎn)軸和所述第八轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第三支腳的上部通過(guò)第九轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述動(dòng)平臺(tái)上，所述第四支腳的下部通過(guò)第四十字連接件轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述機(jī)架上，所述第四十字連接件包括相互垂直的第十轉(zhuǎn)軸和第十一轉(zhuǎn)軸，所述第四支腳可分別繞所述第十轉(zhuǎn)軸和所述第十一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第四支腳的上部通過(guò)球形鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述動(dòng)平臺(tái)上。

進(jìn)一步地，所述機(jī)架上固定有第一基座、第二基座、第三基座和第四基座，該四個(gè)基座中兩兩相鄰基座之間的連線組成一正方形，所述第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接所述第一基座，所述第四轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接所述第二基座，所述第七轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接所述第三基座，所述第十轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接所述第四基座。

進(jìn)一步地，所述動(dòng)平臺(tái)上固定有第五基座、第六基座、第七基座和第八基座，該四個(gè)基座中兩兩相鄰基座之間的連線組成一正方形，所述第三轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接所述第五基座，所述第六轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接所述第六基座，所述第九轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接所述第七基座，所述球形鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)連接所述第八基座。

進(jìn)一步地，所述第一支腳包括第一驅(qū)動(dòng)桿和第二驅(qū)動(dòng)桿，所述第二驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)第一移動(dòng)副在所述第一驅(qū)動(dòng)桿內(nèi)做伸縮運(yùn)動(dòng)，所述第二支腳包括第三驅(qū)動(dòng)桿和第四驅(qū)動(dòng)桿，所述第四驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)第二移動(dòng)副在所述第三驅(qū)動(dòng)桿內(nèi)做伸縮運(yùn)動(dòng)，所述第三支腳包括第五驅(qū)動(dòng)桿和第六驅(qū)動(dòng)桿，所述第六驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)第三移動(dòng)副在所述第五驅(qū)動(dòng)桿內(nèi)做伸縮運(yùn)動(dòng)，所述第四支腳包括第七驅(qū)動(dòng)桿和第八驅(qū)動(dòng)桿，所述第八驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)第四移動(dòng)副在所述第七驅(qū)動(dòng)桿內(nèi)做伸縮運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述第一轉(zhuǎn)軸的軸線與所述第七轉(zhuǎn)軸的軸線重合，所述第一轉(zhuǎn)軸的軸線、所述第四轉(zhuǎn)軸的軸線與所述第十轉(zhuǎn)軸的軸線相互平行，所述第三轉(zhuǎn)軸的軸線、所述第六轉(zhuǎn)軸的軸線與所述第九轉(zhuǎn)軸的軸線相互平行。

進(jìn)一步地，所述第一移動(dòng)副、所述第二移動(dòng)副、所述第三移動(dòng)副和所述第四移動(dòng)副分別被驅(qū)動(dòng)，所述第一支腳、所述第二支腳、所述第三支腳和所述第四支腳共同控制所述動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)和位置，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的轉(zhuǎn)軸是所述第一轉(zhuǎn)軸的軸線方向，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的轉(zhuǎn)軸與所述第一轉(zhuǎn)軸的軸線相交且平行于第二轉(zhuǎn)軸的軸線，還實(shí)現(xiàn)兩個(gè)移動(dòng)自由度，一個(gè)移動(dòng)自由度的方向是所述第一轉(zhuǎn)軸的軸線方向，另一個(gè)移動(dòng)自由度的方向是所述第七轉(zhuǎn)軸和所述第八轉(zhuǎn)軸形成平面的法向量方向。

進(jìn)一步地，所述第一移動(dòng)副、所述第二移動(dòng)副、所述第三移動(dòng)副和所述第四移動(dòng)副均作為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副，驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓缸驅(qū)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以應(yīng)用于海洋裝備領(lǐng)域，包括海洋運(yùn)動(dòng)模擬器和海洋鉆井穩(wěn)定調(diào)平平臺(tái)。

本發(fā)明的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是：本發(fā)明的四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)副數(shù)目少、剛度高，工作空間大，動(dòng)態(tài)性能好，且易于控制，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的另一結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-機(jī)架，11-第一基座，12-第二基座，13-第三基座，14-第四基座，2-動(dòng)平臺(tái)，21-第五基座，22-第六基座，23-第七基座，24-第八基座，3-第一支腳，31-第一十字連接件，311-第一轉(zhuǎn)軸，312-第二轉(zhuǎn)軸，32-第一驅(qū)動(dòng)桿，33-第一移動(dòng)副，34-第二驅(qū)動(dòng)桿，35-第三轉(zhuǎn)軸，4-第二支腳，41-第二十字連接件，411-第四轉(zhuǎn)軸，412-第五轉(zhuǎn)軸，42-第三驅(qū)動(dòng)桿，43-第二移動(dòng)副，44-第四驅(qū)動(dòng)桿，45-第六轉(zhuǎn)軸，5-第三支腳，51-第三十字連接件，511-第七轉(zhuǎn)軸，512-第八轉(zhuǎn)軸，52-第五驅(qū)動(dòng)桿，53-第三移動(dòng)副，54-第六驅(qū)動(dòng)桿，55-第九轉(zhuǎn)軸，6-第四支腳，61-第四十字連接件，611-第十轉(zhuǎn)軸，612-第十一轉(zhuǎn)軸，62-第七驅(qū)動(dòng)桿，63-第四移動(dòng)副，64-第八驅(qū)動(dòng)桿，65-球形鉸鏈。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地描述。

請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架1、動(dòng)平臺(tái)2以及機(jī)架1和動(dòng)平臺(tái)2之間的并聯(lián)的第一支腳3、第二支腳4、第三支腳5和第四支腳6，機(jī)架1上固定有第一基座11、第二基座12、第三基座13和第四基座14，這四個(gè)基座中兩兩相鄰基座之間的連線組成一正方形；動(dòng)平臺(tái)2下側(cè)固定有呈正方形分布的第五基座21、第六基座22、第七基座23和第八基座24，這四個(gè)基座中兩兩相鄰基座之間的連線組成一正方形。

第一支腳3包括第一十字連接件31、第一驅(qū)動(dòng)桿32和第二驅(qū)動(dòng)桿33。第一驅(qū)動(dòng)桿32的下端通過(guò)第一十字連接件31轉(zhuǎn)動(dòng)連接第一基座11，第一十字連接件31包括相互垂直的第一轉(zhuǎn)軸311和第二轉(zhuǎn)軸312，因此，第一驅(qū)動(dòng)桿32可以分別繞第一轉(zhuǎn)軸311和第二轉(zhuǎn)軸312轉(zhuǎn)動(dòng)。第一驅(qū)動(dòng)桿32通過(guò)第一移動(dòng)副33連接第二驅(qū)動(dòng)桿34，第一驅(qū)動(dòng)桿32（缸筒）為中空，第二驅(qū)動(dòng)桿34（活塞桿）通過(guò)第一移動(dòng)副33在第一驅(qū)動(dòng)桿32內(nèi)做伸縮運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)第一支腳3的高度。第二驅(qū)動(dòng)桿34的上端通過(guò)第三轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接第五基座21。其中，第二轉(zhuǎn)軸312的軸線與第三轉(zhuǎn)軸35的軸線平行，且與第一移動(dòng)副33的軸線垂直。

第二支腳4包括第二十字連接件41、第三十字連接件45、第三驅(qū)動(dòng)桿42和第四驅(qū)動(dòng)桿44。第三驅(qū)動(dòng)桿42的下端通過(guò)第二十字連接件41轉(zhuǎn)動(dòng)連接第二基座12，第二十字連接件41包括相互垂直的第四轉(zhuǎn)軸411和第五轉(zhuǎn)軸412，因此，第三驅(qū)動(dòng)桿42可以分別繞第四轉(zhuǎn)軸411和第五轉(zhuǎn)軸412轉(zhuǎn)動(dòng)。第三驅(qū)動(dòng)桿42通過(guò)第二移動(dòng)副43連接第四驅(qū)動(dòng)桿44，第三驅(qū)動(dòng)桿44（缸筒）為中空，第四驅(qū)動(dòng)桿42（活塞桿）通過(guò)第二移動(dòng)副43在第三驅(qū)動(dòng)桿44內(nèi)做伸縮運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)第二支腳4的高度。第四驅(qū)動(dòng)桿44的上端通過(guò)第六轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接第六基座。其中，第五轉(zhuǎn)軸412的軸線與第六轉(zhuǎn)軸45的軸線平行，且與第二移動(dòng)副43的軸線垂直。

第三支腳5包括第三十字連接件51、第五驅(qū)動(dòng)桿52和第六驅(qū)動(dòng)桿54。第五驅(qū)動(dòng)桿52的下端通過(guò)第三十字連接件51轉(zhuǎn)動(dòng)連接第三基座13，第四十字連接件51包括相互垂直的第七轉(zhuǎn)軸511和第八轉(zhuǎn)軸512，因此，第五驅(qū)動(dòng)桿52可以分別繞第七轉(zhuǎn)軸511和第八轉(zhuǎn)軸512轉(zhuǎn)動(dòng)。第五驅(qū)動(dòng)桿52通過(guò)第三移動(dòng)副53連接第六驅(qū)動(dòng)桿54，第五驅(qū)動(dòng)桿54（缸筒）為中空，第六驅(qū)動(dòng)桿52（活塞桿）通過(guò)第三移動(dòng)副53在第五驅(qū)動(dòng)桿54內(nèi)做伸縮運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)第三支腳5的高度。第六驅(qū)動(dòng)桿54的上端通過(guò)第九轉(zhuǎn)軸55轉(zhuǎn)動(dòng)連接第七基座23。其中，第八轉(zhuǎn)軸512的軸線與第九轉(zhuǎn)軸55的軸線平行，且與第三移動(dòng)副53的軸線垂直。

第四支腳6包括第四十字連接件61、第七驅(qū)動(dòng)桿62和第八驅(qū)動(dòng)桿64。第七驅(qū)動(dòng)桿62的下端通過(guò)第四十字連接件61轉(zhuǎn)動(dòng)連接第四基座14，第四十字連接件61包括相互垂直的第十轉(zhuǎn)軸611和第十一轉(zhuǎn)軸612，因此，第七驅(qū)動(dòng)桿62可以分別繞第十轉(zhuǎn)軸611和第十一轉(zhuǎn)軸612轉(zhuǎn)動(dòng)。第七驅(qū)動(dòng)桿62通過(guò)第四移動(dòng)副63連接第八驅(qū)動(dòng)桿64，第七驅(qū)動(dòng)桿62（缸筒）為中空，第八驅(qū)動(dòng)桿64（活塞桿）通過(guò)第四移動(dòng)副63在第七驅(qū)動(dòng)桿62內(nèi)做伸縮運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)第四支腳6的高度。第八驅(qū)動(dòng)桿64的上端通過(guò)球形鉸鏈65轉(zhuǎn)動(dòng)連接第八基座24，第八驅(qū)動(dòng)桿64可以與球形鉸鏈65的連接點(diǎn)為支點(diǎn)在球形鉸鏈65約束的圓錐空間范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，第十一轉(zhuǎn)軸612的軸線與第四移動(dòng)副63的軸線垂直。

其中，第一轉(zhuǎn)軸311的軸線與第七轉(zhuǎn)軸511的軸線重合，第四轉(zhuǎn)軸411的軸線與第十轉(zhuǎn)軸611的軸線平行且均平行于第一轉(zhuǎn)軸311的軸線，第三轉(zhuǎn)軸35的軸線、第六轉(zhuǎn)軸45的軸線以及第九轉(zhuǎn)軸55的軸線相互平行。

參考圖2，圖2是圖1中的機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)后的結(jié)構(gòu)圖。線a是第一轉(zhuǎn)軸311和第七轉(zhuǎn)軸511共同的軸線，線b與線a相交且平行于第二轉(zhuǎn)軸312軸線，線c是第七轉(zhuǎn)軸511和第八轉(zhuǎn)軸512形成平面的法向量。第一移動(dòng)副33、第二移動(dòng)副43、第三移動(dòng)副53和第四移動(dòng)副63分別被驅(qū)動(dòng)，其中第一支腳3、第二支腳4、第三支腳5和第四支腳6共同控制動(dòng)平臺(tái)2的姿態(tài)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的轉(zhuǎn)軸是線a方向，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的轉(zhuǎn)軸是線b方向，還實(shí)現(xiàn)兩個(gè)移動(dòng)自由度，一個(gè)移動(dòng)自由度的方向是線a方向，另一個(gè)移動(dòng)自由度的方向是線c方向。

本發(fā)明實(shí)施例中，第一移動(dòng)副33、第二移動(dòng)副43、第三移動(dòng)副53和第四移動(dòng)副63均作為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副，驅(qū)動(dòng)方式可為電機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓缸驅(qū)動(dòng)。

本發(fā)明四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以應(yīng)用于海洋裝備領(lǐng)域，包括海洋運(yùn)動(dòng)模擬器和海洋鉆井穩(wěn)定調(diào)平平臺(tái)。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來(lái)定義的，只是為了表達(dá)技術(shù)方案的清楚及方便。應(yīng)當(dāng)理解，所述方位詞的使用不應(yīng)限制本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。