本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有弧形移動(dòng)副的三支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

并聯(lián)機(jī)構(gòu)(Parallel Mechanism，簡(jiǎn)稱PM)，可以定義為動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)通過(guò)至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)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)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。其具有以下特點(diǎn)：(1)無(wú)累積誤差，精度較高；(2)驅(qū)動(dòng)裝置可置于定平臺(tái)上或接近定平臺(tái)的位置，這樣運(yùn)動(dòng)部分重量輕，速度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；(3)結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大；(4)完全對(duì)稱的并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較好的各向同性；(5)工作空間較小等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于空間設(shè)備、主動(dòng)減震器、外科手術(shù)器械、機(jī)床、精密定位設(shè)備食品包裝等領(lǐng)域。

目前的并聯(lián)機(jī)構(gòu)多具有2～6個(gè)自由度?，F(xiàn)有公開的并聯(lián)機(jī)構(gòu)(包括非完全并聯(lián)機(jī)構(gòu))有87種，其中3、6自由度的各占40％,4自由度的占6％,5自由度的占3.5％,2自由度的占10.5％。由以上比例來(lái)看，由于桿件的限制，2自由度機(jī)構(gòu)種類不多是合理的；4、5自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)少得可憐,其原因在于人們還沒(méi)有找到一種途徑能夠把空間3個(gè)移動(dòng)、3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度分解開來(lái)，對(duì)于并聯(lián)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，這是一件很不容易的事情；另一個(gè)原因是從結(jié)構(gòu)對(duì)稱的角度出發(fā),4、5自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)很難具備這種要求。而實(shí)際生活中6自由度機(jī)器人，由于其單個(gè)支鏈很容易保持六個(gè)獨(dú)立自由度，所以應(yīng)用最廣。并且現(xiàn)有的6自由度并聯(lián)機(jī)器人大多是在Stewart六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，改變分支中運(yùn)動(dòng)副的種類、排列順序以及方向等演變而來(lái)的。

現(xiàn)有的六自由度并聯(lián)機(jī)器人的支鏈大多為SPS、UPS、RUS型結(jié)構(gòu)，如專利號(hào)為ZL201410388991.5的中國(guó)專利公開一種三支鏈六自由度機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的支鏈，每個(gè)支鏈由兩個(gè)連桿通過(guò)銷軸連接的方式進(jìn)行連接，兩個(gè)連桿均為直線連桿，并通過(guò)絲杠驅(qū)動(dòng)滑塊進(jìn)而帶動(dòng)第一連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，其不足之處在于支鏈形式過(guò)于復(fù)雜，對(duì)稱安裝的精度要求過(guò)高，第一連桿承載的負(fù)載較大。申請(qǐng)?zhí)枮?01610879835.8的專利申請(qǐng)公開了一種三自由度機(jī)器人，該機(jī)器人的支鏈通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮機(jī)構(gòu)為半圓形結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)連桿為直線型，其不足之處在于工作時(shí)，工作空間較小，轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮機(jī)構(gòu)之間容易發(fā)生干涉現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，設(shè)計(jì)一種具有弧形移動(dòng)副的三支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具有三個(gè)支鏈，每個(gè)支鏈采用弧形移動(dòng)副的形式進(jìn)行連接，并配置有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)之間相對(duì)耦合，使得該機(jī)構(gòu)具有更高的靈活性和較大的工作空間；并且支鏈的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)簡(jiǎn)單，容易保證該機(jī)構(gòu)在操作過(guò)程中的精度和質(zhì)量；另外，可以根據(jù)不同的需要應(yīng)用于機(jī)床、機(jī)器人檢測(cè)等對(duì)精度要求更高的領(lǐng)域。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，提供一種具有弧形移動(dòng)副的三支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的支鏈，三個(gè)支鏈安裝在動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)之間，且以動(dòng)平臺(tái)為中心，沿圓周方向均勻布置在固定平臺(tái)上；其特征在于：

每個(gè)支鏈均包括支撐架、后段弧形連桿、中段弧形連桿和前段弧形連桿，所述支撐架下部固定安裝在固定平臺(tái)上，在支撐架的上部安裝有第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與后段弧形連桿一端固定連接，后段弧形連桿的另一端安裝有第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與中段弧形連桿的一端固定連接，中段弧形連桿的另一端內(nèi)具有弧形空腔，前段弧形連桿的一端插入中段弧形連桿的弧形空腔內(nèi)，且前段弧形連桿能夠沿著中段弧形連桿中的弧形空腔做弧形移動(dòng)，前段弧形連桿的另一端采用球鉸的方式與動(dòng)平臺(tái)連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明采用三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的支鏈，且每個(gè)支鏈均由三個(gè)弧形連桿組合而成，至少兩個(gè)弧形連桿同心，前段弧形連桿可以沿著中段弧形連桿的空腔內(nèi)做弧形移動(dòng)，每個(gè)支鏈通過(guò)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，且采用弧形連桿形式，能夠顯著增加機(jī)構(gòu)的操作空間，提高其操作的靈活性。

2)本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)可針對(duì)應(yīng)用的不同領(lǐng)域，如快速精準(zhǔn)定位的機(jī)床或者醫(yī)療診斷設(shè)備領(lǐng)域，可將一個(gè)后段弧形連桿相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為主要驅(qū)動(dòng)源，來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的快速定位，另一個(gè)中段弧形連桿相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為協(xié)同驅(qū)動(dòng)源，以幫助動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)位置的精度調(diào)節(jié)。

3)本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，有較高的各向同性以及靈活度，可根據(jù)不同的需求應(yīng)用于機(jī)床、醫(yī)用外科設(shè)備、機(jī)器人檢測(cè)設(shè)備等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中的中段弧形連桿5的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中的支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1.固定平臺(tái)、2.支撐架、3.第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、4.后段弧形連桿、5.中段弧形連桿、6.前段弧形連桿、7.動(dòng)平臺(tái)、8.第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)、9.空腔、10.球鉸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，但并不以此作為對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定。

本發(fā)明具有弧形移動(dòng)副的三支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(簡(jiǎn)稱機(jī)構(gòu)或并聯(lián)機(jī)構(gòu)，參見圖1-3)包括固定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)7和三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的支鏈，三個(gè)支鏈安裝在動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)之間，且以動(dòng)平臺(tái)為中心，沿圓周方向均勻布置在固定平臺(tái)7上；

每個(gè)支鏈均包括一個(gè)支撐架2和三個(gè)弧形連桿(即后段弧形連桿4、中段弧形連桿5和前段弧形連桿6)，所述支撐架2下部固定安裝在固定平臺(tái)1上，在支撐架的上部安裝有第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)3，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的輸出軸與后段弧形連桿4一端固定連接，后段弧形連桿4的另一端安裝有第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)8，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的輸出軸與中段弧形連桿5的一端固定連接，中段弧形連桿5的另一端內(nèi)具有弧形空腔9，前段弧形連桿6的一端插入中段弧形連桿5的弧形空腔內(nèi)，且前段弧形連桿6和中段弧形連桿5共圓心，前段弧形連桿6能夠沿著中段弧形連桿5中的弧形空腔做弧形移動(dòng)，前段弧形連桿6的另一端采用球鉸10的方式與動(dòng)平臺(tái)7連接。

本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于所述弧形空腔9的縱切面為矩形、橢圓形或圓形等，弧形空腔的形狀與前段弧形連桿6的輪廓相匹配，能保證前段弧形連桿6沿著中段弧形連桿5中的弧形空腔做弧形移動(dòng)即可。

本發(fā)明具有弧形移動(dòng)副的三支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作原理是：通過(guò)控制每個(gè)支鏈上安裝在支撐架上的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)前段弧形連桿繞第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)安裝在前段弧形連桿上的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)中段弧形連桿繞著第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而引起前段弧形連桿沿著中段弧形連桿中的弧形空腔做弧形移動(dòng)，使得動(dòng)平臺(tái)經(jīng)三個(gè)支鏈帶動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明支鏈采用型結(jié)構(gòu)，通過(guò)弧形運(yùn)動(dòng)副配置，使得機(jī)構(gòu)具有較高的靈活度和較大的工作空間。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。