一種含平面分支和中間被動分支三自由度并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人領(lǐng)域，特別涉及一種并聯(lián)機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近20年來三自由度并聯(lián)機構(gòu)一直成為國內(nèi)外機器人領(lǐng)域研宄的熱點和前沿。目前瑞典的(含UP被動分支)3SPS+UP型，德國的(含4U平行子鏈)Delta型，Tsai的三平動3UPU型，Hunt的3RPS型，黃田的2SPS+UP型和3PRS型，燕山大學路懿的3SPR型等一些三自由度并聯(lián)機構(gòu)已成功用于制造并聯(lián)機床，醫(yī)療設備，微機電設備，多維力并聯(lián)傳感器等。近年來有關(guān)三自由度并聯(lián)機構(gòu)的中國授權(quán)發(fā)明專利如下:CN101844307A公布了一種驅(qū)動冗余三自由度并聯(lián)機構(gòu)；CN102069393A公布了用于虛軸機床和機器人的三自由度并聯(lián)機構(gòu)；CN102366896A公布了一種具有兩條垂直交錯轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機構(gòu)；CN102380771A公布了高剛度冗余驅(qū)動三自由度并聯(lián)機構(gòu)；CN102366896B公布了具有兩條垂直交錯轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機構(gòu)。以上公布的機構(gòu)包括三個驅(qū)動分支，無中間被動分支。CN101025247公布一種運動解耦的空間三自由度并聯(lián)機構(gòu)；CN101791804A公布一種對稱兩轉(zhuǎn)一移三自由度并聯(lián)機構(gòu)；上述兩機構(gòu)包括三個空間分支。CN102962848A公開一種用于機器人腕部、肩部的三自由度并聯(lián)機構(gòu)，該機構(gòu)無平面分支。
[0003]上述三自由度并聯(lián)機構(gòu)各具特色，但沒有將其用于制造直升機螺旋漿驅(qū)動裝置、艦船螺旋漿驅(qū)動裝置、煉鋼扒渣機、采礦裝備和修牙機器人的。如何利用三自由度并聯(lián)機構(gòu)就可實現(xiàn)直升機螺旋漿驅(qū)動主軸相對機身靈活快速轉(zhuǎn)擺和伸縮運動，并承受大變化載荷；實現(xiàn)煉鋼扒鋼渣爪在盛鋼桶開口處靈活快速轉(zhuǎn)擺和伸縮除渣運動，并承受大變化載荷；實現(xiàn)修牙機器人的磨具在人的口腔處靈活、快速、精確轉(zhuǎn)擺和伸縮。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、輸出桿轉(zhuǎn)擺與伸縮運動靈活、工作空間大、剛度高、控制簡單的含平面分支和中間被動分支三自由度并聯(lián)機構(gòu)。
[0005]本發(fā)明包括動平臺、機座、上橫軸、下橫軸、2個結(jié)構(gòu)相同的RPR(轉(zhuǎn)動副-移動副-轉(zhuǎn)動副)型直線驅(qū)動分支、I個SPS(球副-移動副-球副)型直線驅(qū)動分支和I個SP (球副-移動副)型中間直線被動分支。其中，2個RPR型直線驅(qū)動分支在動平臺與機座之間呈平面對稱布置，并與SPS型直線驅(qū)動分支在動平臺與機座之間呈圓周均布；SP型直線被動分支位于動平臺與機座正中間。下橫軸與機座的一側(cè)轉(zhuǎn)動聯(lián)接，上橫軸與機座同一側(cè)的動平臺的一側(cè)轉(zhuǎn)動聯(lián)接。每個RPR型直線驅(qū)動分支包括上端轉(zhuǎn)動副、中間移動副電動缸和下端轉(zhuǎn)動副；2個RPR型分支的上端分別通過轉(zhuǎn)動副與上橫軸兩端聯(lián)接，其軸線相互平行，2個RPR型分支的下端分別通過轉(zhuǎn)動副與下橫軸兩端聯(lián)接，其軸線與上端轉(zhuǎn)動副軸線平行；2個RPR型分支與上、下橫軸構(gòu)成一個平面閉環(huán)雙驅(qū)動支鏈，其中的4個轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。SPS型直線分支包括上端球副、中間移動副電動缸和下端球副，其上、下端球副分別與動平臺和機座聯(lián)接。SP型直線分支包括圓柱桿和球套，圓柱桿的一端與動平臺垂直固連，該圓柱桿的另一端穿過通過球套設在機座中心的球體的中心孔為自由端，圓柱桿中部與球套中心孔滑動配合，其圓柱桿的自由端能夠與不同工具聯(lián)接，可構(gòu)造多種裝備。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0007]1、本發(fā)明機構(gòu)拓撲圖與已有的三自由度并聯(lián)機構(gòu)的拓撲圖非同構(gòu)，所以本發(fā)明拓撲圖所得機構(gòu)一定與已有三自由度并聯(lián)機構(gòu)有本質(zhì)區(qū)別。
[0008]2、平面雙驅(qū)動分支中的運動副都是轉(zhuǎn)動副和移動副，具有承載拉和壓力大的優(yōu)勢，可以通過預緊方式消除轉(zhuǎn)動副間隙，提高運動精度。
[0009]3、中間分支可以有效消除現(xiàn)有三自由度并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)耦合導致的自微動。
[0010]4、整體結(jié)構(gòu)簡單，相對機座承載力大、剛度高，輸出圓柱桿以三自由度形式實現(xiàn)既伸縮又可搖擺的復合運動，靈活性好，工作空間大。
[0011]5、輸出桿末端能夠和不同工具聯(lián)接，能夠滿足升機螺旋漿、艦船螺旋漿、鋼渣扒渣手爪、采礦鉆頭、銑削刀具、修牙磨具、手術(shù)刀和縫合針等三自由度伸縮和搖擺復合變化運動的要求，易于提高其運動靈活性能，有助于改善其運動受力狀態(tài)。
[0012]6、所有驅(qū)動與控制單元都位于機座板的另一側(cè)，易于人機相互安全防護。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的機構(gòu)拓撲圖。
[0015]圖中:1-機座、2-動平臺、3-下橫軸、4-上橫軸、5-RPR型直線驅(qū)動分支、6-SPS型直線驅(qū)動分支、7-圓柱桿、8-球體、9-螺旋漿。
【具體實施方式】
[0016]在圖1所示的含平面分支和中間被動分支三自由度并聯(lián)機構(gòu)示意圖中，2個結(jié)構(gòu)相同的RPR型直線驅(qū)動分支5在動平臺2與機座I之間呈平面對稱布置，并與SPS型直線驅(qū)動分支6在動平臺與機座之間呈圓周均布；SP型直線被動分支位于動平臺與機座正中間。下橫軸3與機座的一側(cè)轉(zhuǎn)動聯(lián)接，上橫軸4與機座同一側(cè)的動平臺的一側(cè)轉(zhuǎn)動聯(lián)接。每個RPR型直線驅(qū)動分支包括上端轉(zhuǎn)動副、中間移動副電動缸和下端轉(zhuǎn)動副；2個RPR型分支的上端分別通過轉(zhuǎn)動副與上橫軸兩端聯(lián)接，其軸線相互平行，2個RPR型分支的下端分別通過轉(zhuǎn)動副與下橫軸兩端聯(lián)接，其軸線與上端轉(zhuǎn)動副軸線平行；2個RPR型分支與上、下橫軸構(gòu)成一個平面閉環(huán)雙驅(qū)動支鏈，其中的4個轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。SPS型直線分支包括上端球畐O、中間移動副電動缸和下端球副，其上、下端球副分別與動平臺和機座聯(lián)接。SP型直線分支中的圓柱桿7的一端與動平臺垂直固連，該圓柱桿另一端穿過通過球套設在機座中心的球體8的中心孔為自由端，圓柱桿中部與球套中心孔滑動配合，其圓柱桿的自由端能夠與螺旋漿9聯(lián)接，可構(gòu)成直升機或艦船驅(qū)動裝備。
[0017]本發(fā)明機構(gòu)拓撲圖包括4個三副桿，4個支鏈和13個兩副桿，如圖2所示。4個三副桿分別對應上平臺，機座，上橫軸和下橫軸；含(2，3，6)個兩副桿的支鏈分別對應(RPR，SP, SPS)型直線驅(qū)動分支。
【主權(quán)項】
1.一種含平面分支和中間被動分支三自由度并聯(lián)機構(gòu)，主要包括動平臺，機座，上橫軸、下橫軸、2個RPR型直線驅(qū)動分支、I個SPS型直線驅(qū)動分支和I個SP型中間直線被動分支，其特征在于:2個RPR型直線驅(qū)動分支在動平臺與機座之間呈平面對稱布置，并與SPS型直線驅(qū)動分支在動平臺與機座之間呈圓周均布，SP型直線被動分支位于動平臺與機座正中間，下橫軸與機座的一側(cè)轉(zhuǎn)動聯(lián)接，上橫軸與機座同一側(cè)的動平臺的一側(cè)轉(zhuǎn)動聯(lián)接；每個RPR型直線驅(qū)動分支包括上端轉(zhuǎn)動副、中間移動副電動缸和下端轉(zhuǎn)動副，2個RPR型分支的上端分別通過轉(zhuǎn)動副與上橫軸兩端聯(lián)接，其軸線相互平行，2個RPR型分支的下端分別通過轉(zhuǎn)動副與下橫軸兩端聯(lián)接，其軸線與上端轉(zhuǎn)動副軸線平行；2個RPR型分支與上、下橫軸構(gòu)成一個平面閉環(huán)雙驅(qū)動支鏈，其中的4個轉(zhuǎn)動副軸線相互平行；SPS型直線分支包括上端球畐O、中間移動副電動缸和下端球副，其上、下端球副分別與動平臺和機座聯(lián)接；SP型直線分支包括圓柱桿和球套，圓柱桿的一端與動平臺垂直固連，該圓柱桿的另一端穿過通過球套設在機座中心的球體的中心孔為自由端，圓柱桿中部與球套中心孔滑動配合，其圓柱桿的自由端能夠與不同工具聯(lián)接，可構(gòu)造多種裝備。
【專利摘要】一種含平面分支和中間被動分支三自由度并聯(lián)機構(gòu)，它包括動平臺、機座、上橫軸、下橫軸、2個RPR(轉(zhuǎn)動副-移動副-轉(zhuǎn)動副)型直線驅(qū)動分支、1個SPS(球副-移動副-球副)型直線驅(qū)動分支和1個SP(球副-移動副)型中間直線被動分支。上、下橫軸分別與動平臺和機座轉(zhuǎn)動副聯(lián)接，2個RPR型分支上、下端分別與上、下橫軸兩端轉(zhuǎn)動副聯(lián)接，4個轉(zhuǎn)動副軸線相互平行，構(gòu)成1個平面閉環(huán)雙驅(qū)動支鏈；SPS型分支上、下端分別與機座和動平臺球副聯(lián)接；SP型分支的圓柱桿上端與動平臺垂直固連，圓柱桿中部與球體中心孔滑動配合，球體與機座中心球副聯(lián)接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、承載力大、剛度高，圓柱桿下端與不同工具聯(lián)接，可構(gòu)造多種裝備。
【IPC分類】B25J11-00, B25J9-00
【公開號】CN104626100
【申請?zhí)枴緾N201410764773
【發(fā)明人】路懿, 葉妮佳, 路揚, 劉洋, 陳志強
【申請人】燕山大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月12日