專利名稱：一組兩轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一組兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)具有空間多自由度多環(huán)閉鏈，和串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、承載能力大、累積誤差小、動態(tài)特性好、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。目前，并聯(lián)機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于虛擬軸機(jī)床、微動操作臺、各種運(yùn)動模擬器、傳感器等方面。
相對于串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)具有工作空間小，運(yùn)動之間具有強(qiáng)的耦合性，控制困難等缺點(diǎn)。目前國際上綜合出來的解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)主要有三移動自由度和三移動一轉(zhuǎn)動等機(jī)構(gòu)。法國的GOGU綜合了一類兩轉(zhuǎn)動自由度解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，此類機(jī)構(gòu)只有兩個分支，因此，在剛度上不如三個分支機(jī)構(gòu)好，另外，分支中的運(yùn)動副較多，累積誤差大，動平臺只能安裝在一個點(diǎn)上，則其加工裝配性差。在GOGU綜合的這類機(jī)構(gòu)中，最簡單的為第一個分支由兩個轉(zhuǎn)動副組成且兩個轉(zhuǎn)動副垂直交于一點(diǎn)，該點(diǎn)被用來安裝動平臺；第二個分支由五個運(yùn)動副組成，從定平臺算起，第一個運(yùn)動副為移動副，方向與第一個分支中的第一個轉(zhuǎn)動副軸線方向相同，接下來的三個轉(zhuǎn)動副的軸線方向和該分支中的移動副方向相同，第五個轉(zhuǎn)動副軸線的方向與第一個分支中的另外一個轉(zhuǎn)動副方向相同，并通過連桿連接到第一個分支的兩個轉(zhuǎn)動副軸線的交點(diǎn)，從而形成閉環(huán)。為了保持第一個分支的第二個轉(zhuǎn)動副軸線方向與第二個分支的第五個運(yùn)動副的軸線方向平行，此兩轉(zhuǎn)動副之間還需有特定的連桿連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一類兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該發(fā)明具有剛度高、結(jié)構(gòu)簡單、動平臺的轉(zhuǎn)動完全解耦、易于控制、動態(tài)性能好、加工裝配性好等優(yōu)點(diǎn)。
這組兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括動平臺3，定平臺1和連接定平臺1和動平臺3的分支等組成。其特征在于動平臺3通過三個分支與定平臺1相連接，第一個分支通過球副2或者虎克鉸15與動平臺3相連。第二個分支從動平臺3開始計數(shù)第一個運(yùn)動副為球副9或者虎克鉸16；第二個運(yùn)動副為轉(zhuǎn)動副11；第三個運(yùn)動副為移動副13或者轉(zhuǎn)動副14。如果第二個支鏈的第一個運(yùn)動副為虎克鉸16，則該虎克鉸16的一個轉(zhuǎn)動軸線與轉(zhuǎn)動副11的軸線平行；此時，如果第一個支鏈的運(yùn)動副也為虎克鉸15，則虎克鉸16的另外一個軸線與虎克鉸15的一個軸線同軸，且虎克鉸15的另外一個軸線與轉(zhuǎn)動副11的軸線平行。如果第二個分支與定平臺相連的運(yùn)動副為轉(zhuǎn)動副14，則轉(zhuǎn)動副14的軸線與轉(zhuǎn)動副11的軸線平行。如果第一、二分支與動平臺3相連的運(yùn)動副一個為球副，一個為虎克鉸，則虎克鉸的一個軸線通過該球副中心，另一個軸線平行轉(zhuǎn)動副11的軸線，在滿足這些條件下，第一、二分支能形成平面鉸鏈機(jī)構(gòu)或者平面導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。第三個分支為具有空間六個自由度的支鏈，如由球副，移動副和虎克鉸相連接而成的具有空間六個自由度的運(yùn)動支鏈。


圖1為第一種空間兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖。
圖2為第二種空間兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖。
圖3為第三種空間兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖。
圖4為第四種空間兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖。
圖5為第五種空間兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖。
圖6為第六種空間兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖。
圖7為第七種空間兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖。
圖8為第八種空間兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖。
在圖1、圖2中，1.定平臺，2.球副，3.動平臺，4.球副，5.連桿，6.移動副，7.連桿，8.球副，9.球副，10.連桿，11.轉(zhuǎn)動副，12.連桿，13.移動副，14.轉(zhuǎn)動副，15.虎克鉸，16.虎克鉸。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1該機(jī)構(gòu)的動平臺3通過3個分支和定平臺1相連接(見圖1)。第一個分支中僅有一個球副2。第二個分支的球副9連接動平臺3和連桿10，轉(zhuǎn)動副11連接連桿10和連桿12，連桿12通過移動副13與定平臺1相連。第一個分支和第二個分支構(gòu)成平面導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。第三個分支的球副4連接動平臺3和連桿5，移動副6連接連桿5和連桿7，連桿7通過球副8與定平臺1相連。
實(shí)施例2該機(jī)構(gòu)的動平臺3通過3個分支和定平臺1相連接(見圖2)。第一個分支中僅有一個球副2。第二個分支的虎克鉸16連接動平臺3和連桿10，轉(zhuǎn)動副11連接連桿10和連桿12，連桿12通過移動副13與定平臺1相連，其中虎克鉸16的一個軸線通過球副2的球心，虎克鉸16的另一個軸線與轉(zhuǎn)動副11的軸線平行。第一個分支和第二個分支構(gòu)成平面導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。第三個分支的球副4連接動平臺3和連桿5，移動副6連接連桿5和連桿7，連桿7通過球副8與定平臺1相連。
實(shí)施例3該機(jī)構(gòu)的動平臺3通過3個分支和定平臺1相連接(見圖3)。第一個分支中僅有一個球副2。第二個分支的球副9連接動平臺3和連桿10，轉(zhuǎn)動副11連接連桿10和連桿12，連桿12通過轉(zhuǎn)動副14與定平臺1相連，其中轉(zhuǎn)動副14的軸線與轉(zhuǎn)動副11的軸線平行。第一個分支和第二個分支構(gòu)成平面鉸鏈機(jī)構(gòu)。第三個分支的球副4連接動平臺3和連桿5，移動副6連接連桿5和連桿7，連桿7通過球副8與定平臺1相連。
實(shí)施例4該機(jī)構(gòu)的動平臺3通過3個分支和定平臺1相連接(見圖4)。第一個分支中僅有一個球副2。第二個分支的虎克鉸16連接動平臺3和連桿10，轉(zhuǎn)動副11連接連桿10和連桿12，連桿12通過轉(zhuǎn)動副14與定平臺1相連，其中虎克鉸16的一個軸線通過球副2的球心，虎克鉸16的另一個軸線與轉(zhuǎn)動副11的軸線平行，轉(zhuǎn)動副14的軸線與轉(zhuǎn)動副11的軸線平行。第一個分支和第二個分支構(gòu)成平面鉸鏈機(jī)構(gòu)。第三個分支的球副4連接動平臺3和連桿5，移動副6連接連桿5和連桿7，連桿7通過球副8與定平臺1相連。
實(shí)施例5該機(jī)構(gòu)的動平臺3通過3個分支和定平臺1相連接(見圖5)。第一個分支中僅有一個虎克鉸15。第二個分支的虎克鉸16連接動平臺3和連桿10，轉(zhuǎn)動副11連接連桿10和12，連桿12通過移動副13與定平臺1相連?；⒖算q15和虎克鉸16的一個軸線共軸，虎克鉸15和虎克鉸16的另一個軸線相互平行，且平行于轉(zhuǎn)動副11的軸線。第一個分支和第二個分支構(gòu)成平面導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。第三個分支的球副4連接動平臺3和連桿5，移動副6連接連桿5和連桿7，連桿7通過球副8與定平臺1相連。
實(shí)施例6該機(jī)構(gòu)的動平臺3通過3個分支和定平臺1相連接(見圖6)。第一個分支中僅有一個虎克鉸15。第二個分支的球副9連接動平臺3和連桿10，轉(zhuǎn)動副11連接連桿10和連桿12，連桿12通過移動副13與定平臺1相連，其中虎克鉸15的一個軸線通過球副9的球心，虎克鉸15的另一個軸線與轉(zhuǎn)動副11的軸線平行。第一個分支和第二個分支構(gòu)成平面導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。第三個分支的球副4連接動平臺3和連桿5，移動副6連接連桿5和連桿7，連桿7通過球副8與定平臺1相連。
實(shí)施例7該機(jī)構(gòu)的動平臺3通過3個分支和定平臺1相連接(見圖7)。第一個分支中僅有一個虎克鉸15。第二個分支的虎克鉸16連接動平臺3和連桿10，轉(zhuǎn)動副11連接連桿10和連桿12，連桿12通過轉(zhuǎn)動副14與定平臺1相連。虎克鉸15和虎克鉸16的一個軸線共軸，虎克鉸15和虎克鉸16的另一個軸線相互平行，且平行于轉(zhuǎn)動副11，轉(zhuǎn)動副14的軸線也與轉(zhuǎn)動副11的軸線平行。第一個分支和第二個分支構(gòu)成平面鉸鏈機(jī)構(gòu)。第三個支鏈的球副4連接動平臺3和連桿5，移動副6連接連桿5和連桿7，連桿7通過球副8與定平臺1相連。
實(shí)施例8該機(jī)構(gòu)的動平臺3通過3個分支和定平臺1相連接(見圖8)。第一個分支中僅有一個虎克鉸15。第二個分支的球鉸9連接動平臺3和連桿10，轉(zhuǎn)動副11連接連桿10和連桿12，連桿12通過轉(zhuǎn)動副14與定平臺1相連，其中虎克鉸15的一個軸線通過球副9的球心，虎克鉸15的另一個軸線平行于轉(zhuǎn)動副11的軸線，同時轉(zhuǎn)動副14的軸線也與轉(zhuǎn)動副11的軸線平行。第一個分支和第二個分支構(gòu)成平面鉸鏈機(jī)構(gòu)。第三個支鏈的球副4連接動平臺3和連桿5，移動副6連接連桿5和連桿7，連桿7通過球副8與定平臺1相連。
本發(fā)明的空間兩自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，具有很好的運(yùn)動學(xué)性能、高的剛度和較大的工作空間；其運(yùn)動學(xué)正反解十分簡單，動平臺的兩個轉(zhuǎn)動完全解耦，使控制極為容易，并且節(jié)能?？蓮V泛用于望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、太陽能面板、導(dǎo)彈發(fā)射架，雷達(dá)跟蹤，火炮瞄準(zhǔn)定位設(shè)備等。
權(quán)利要求
1.一組空間兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動完全解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括動平臺(3)、定平臺(1)與連接動平臺(3)和定平臺(1)的3個分支組成，其特征是動平臺(3)通過三個分支與定平臺(1)相連接，其中第一個分支具有一個運(yùn)動副，第二個分支具有三個運(yùn)動副，第一個分支和第二個分支構(gòu)成平面導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)或者平面鉸鏈機(jī)構(gòu)，第三個分支為具有空間六個自由度的支鏈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是第一個分支和第二個分支與動平臺(3)相連的都是球副，第二個分支與定平臺(1)相連的運(yùn)動副為移動副(13)或者轉(zhuǎn)動副(14)，當(dāng)?shù)诙€分支與定平臺(1)相連的運(yùn)動副為轉(zhuǎn)動副(14)時，轉(zhuǎn)動副(14)的軸線與轉(zhuǎn)動副(11)的軸線平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是第一個分支和第二個分支與動平臺(3)相連的運(yùn)動副中有一個為虎克鉸，虎克鉸的一個軸線通過另外一個分支球副的球心，虎克鉸的另一個軸線與轉(zhuǎn)動副(11)的軸線平行；第二個分支與定平臺(1)相連的運(yùn)動副為移動副(13)或者轉(zhuǎn)動副(14)，當(dāng)?shù)诙€分支與定平臺(1)相連的運(yùn)動副為轉(zhuǎn)動副(14)時，轉(zhuǎn)動副(14)的軸線與轉(zhuǎn)動副(11)的軸線平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于第一個分支和第二個分支與動平臺(3)相連的運(yùn)動副均為虎克鉸，則兩虎克鉸(15，16)的一個軸線共軸，兩虎克鉸(15，16)的另一個軸線與轉(zhuǎn)動副(11)的軸線平行；第二個分支與定平臺(1)相連的運(yùn)動副為移動副(13)或者轉(zhuǎn)動副(14)，當(dāng)?shù)诙€分支與定平臺(1)相連的運(yùn)動副為轉(zhuǎn)動副(14)時，轉(zhuǎn)動副(14)的軸線與轉(zhuǎn)動副(11)的軸線平行。
全文摘要
本發(fā)明屬于并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域，特別是涉及一組兩轉(zhuǎn)動自由度運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。包括動平臺(3)、定平臺(1)與連接動平臺(3)和定平臺(1)的3個分支組成，其特征是動平臺(3)通過三個分支與定平臺(1)相連接，其中第一個分支具有一個運(yùn)動副，第二個分支具有三個運(yùn)動副，第一個分支和第二個分支構(gòu)成平面導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)或者平面鉸鏈機(jī)構(gòu)，第三個分支為具有空間六個自由度的支鏈。本發(fā)明具有剛度高、結(jié)構(gòu)簡單、動平臺的兩個轉(zhuǎn)動完全解耦，易于控制、運(yùn)動質(zhì)量低、動態(tài)性能好?？蓮V泛用于望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、太陽能面板、導(dǎo)彈發(fā)射架、雷達(dá)跟蹤和火炮瞄準(zhǔn)定位設(shè)備等。
文檔編號B25J9/08GK101058186SQ200710061909
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者黃真, 曾達(dá)幸, 盧文娟 申請人:燕山大學(xué)