專利名稱：二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的裝置，具體是一種適用于二自由度操作 場合的二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)構(gòu)是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的驅(qū)動(dòng)單元并聯(lián)安裝并共同完成動(dòng)作的機(jī) 構(gòu)，廣泛應(yīng)用于重載模擬設(shè)備、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、傳感器及微操作等技術(shù)領(lǐng) 域?，F(xiàn)有并聯(lián)機(jī)器人大多采用3-6自由度對稱結(jié)構(gòu)， 一般采用球鉸、虎克鉸或 移動(dòng)副作為運(yùn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)3-6自由度的空間運(yùn)動(dòng)，且工作空間一般不具有優(yōu)勢方 向，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高。例如常見的Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的上平 臺與下平臺之間以六個(gè)分支相聯(lián)，每個(gè)分支兩端是兩個(gè)球鉸，中間是一移動(dòng)副， 驅(qū)動(dòng)器通過推動(dòng)移動(dòng)副做相對移動(dòng)來改變各桿的長度，從而控制上平臺的位姿 變化。然而，在很多場合下，如自動(dòng)化生產(chǎn)線、平面重載模擬設(shè)備中，末端執(zhí) 行器只需要在平面中作業(yè)，因此再采用多自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)則顯得沒有必要 或制造成本太高。
當(dāng)支撐桿件只承受拉、壓載荷而不承受彎矩載荷時(shí)，此時(shí)稱之為二力桿。 二力桿組成的機(jī)構(gòu)剛度高，受力特性好，但在現(xiàn)有的較多少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中， 支撐桿件除受拉壓作用外，還承受彎矩作用，因而這類機(jī)構(gòu)受載時(shí)不僅會(huì)產(chǎn)生 拉壓變形，而且還會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。由于受力狀態(tài)的惡化，導(dǎo)致此類機(jī)構(gòu)剛度 低、抗振性能較差。此外，由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)各驅(qū)動(dòng)單元之間的運(yùn)動(dòng)是耦合的，即 并聯(lián)機(jī)構(gòu)整體輸出平臺沿任一方向的運(yùn)動(dòng)都是所有驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)合成，并且 各驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)與并聯(lián)機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)(即輸入與輸出)之間是非線性關(guān)系， 因此導(dǎo)致并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制十分復(fù)雜，標(biāo)定困難，同時(shí)也制約了設(shè)備精度的提高和 成本的下降，所以，如何實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)解耦，以簡化并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制和標(biāo)定，提 高設(shè)備運(yùn)動(dòng)的精度并降低成本， 一直是一個(gè)困難而富于挑戰(zhàn)性的課題。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的多數(shù)二自由度機(jī)構(gòu)，如"僅含轉(zhuǎn)動(dòng)
副的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)"(參見中國發(fā)明專利，公開號CN1355087)， "二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)"(參見中國發(fā)明專利，公開號CN2511447)等， 均未考慮機(jī)構(gòu)解耦問題，不符合實(shí)際使用中對二自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度高、 受力特性好且解耦的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī) 構(gòu)，使其可以在平面內(nèi)自由移動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了二自由度的解耦，此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、 剛度高、受力特性好、傳動(dòng)效率高，而且結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，運(yùn)動(dòng)精度高， 成本低。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括XOY基礎(chǔ)平臺、YOZ基礎(chǔ)平 臺、X向?qū)к?、Y向?qū)к?、Z向?qū)к墶向驅(qū)動(dòng)裝置、Y向驅(qū)動(dòng)裝置、Y向滑塊、 下側(cè)滑動(dòng)支撐、轉(zhuǎn)動(dòng)副、支撐桿件、上側(cè)支撐、動(dòng)平臺。兩Y向?qū)к壒潭ㄔ赬OY 基礎(chǔ)平臺上，Z向?qū)к壒潭ㄔ赮OZ基礎(chǔ)平臺上，Y向滑塊固定在Y向?qū)к壣希瑑?個(gè)下側(cè)滑動(dòng)支撐分別固定在對應(yīng)的Y向滑塊上，而上側(cè)支撐則通過由8根支撐 桿件及轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的平行四邊形機(jī)構(gòu)與兩個(gè)下側(cè)滑動(dòng)支撐連接，X向?qū)к壒潭ㄔ?上側(cè)支撐上，動(dòng)平臺固定在X向?qū)к壣?，Y向驅(qū)動(dòng)裝置固定在XOY基礎(chǔ)平臺上， X向驅(qū)動(dòng)裝置固定在Z向?qū)к壣稀?br> 所述的支撐桿件以等腰三角形形式組成桁架桿組，且支撐桿件均為二力桿。
所述的桁架桿組由長度相等且相互平行的8根桿件組成，它們與轉(zhuǎn)動(dòng)副組 合，兩兩之間形成平行四邊形機(jī)構(gòu)。
所述轉(zhuǎn)動(dòng)副可以是鉸鏈、球鉸或關(guān)節(jié)軸承等常用部件。
本發(fā)明整個(gè)機(jī)構(gòu)具有兩套驅(qū)動(dòng)裝置X向驅(qū)動(dòng)裝置與Y向驅(qū)動(dòng)裝置，可由電 機(jī)、液壓缸或氣缸驅(qū)動(dòng)。Y向驅(qū)動(dòng)裝置固定在XOY基礎(chǔ)平臺上，驅(qū)動(dòng)下側(cè)滑動(dòng)支 撐Y向移動(dòng)，然后下側(cè)滑動(dòng)支撐通過8根支撐桿件及轉(zhuǎn)動(dòng)副帶動(dòng)上側(cè)支撐移動(dòng)， 上側(cè)支撐再帶動(dòng)動(dòng)平臺實(shí)現(xiàn)Z向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，X向驅(qū)動(dòng)裝置固定在Z向?qū)к壣希?且X向驅(qū)動(dòng)裝置的殼體與上側(cè)支撐固連，可以使動(dòng)平臺實(shí)現(xiàn)X向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)， 而8根支撐桿件與轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的平行四邊形結(jié)構(gòu)保證了動(dòng)平臺只發(fā)生平動(dòng)，而 不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，因此整體機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了X向、Z向的解耦。整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)及力的傳遞 則通過動(dòng)平臺(或在動(dòng)平臺上另加末端執(zhí)行器)來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明中各驅(qū)動(dòng)裝置可以采用液壓驅(qū)動(dòng)裝置，也可以采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或氣動(dòng) 驅(qū)動(dòng)裝置。此外由于機(jī)構(gòu)自重的存在，或者x向運(yùn)動(dòng)的擾動(dòng)，將X向驅(qū)動(dòng)裝置 的殼體與上側(cè)支撐固連，使整體機(jī)構(gòu)增加了穩(wěn)定性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)合了等腰三角形二力桿桁架結(jié)構(gòu)、平行四邊形 結(jié)構(gòu)，使最終的二自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了兩自由度的解耦，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，剛 度高、受力特性好、傳動(dòng)效率高，力傳動(dòng)比可達(dá)到5: l以上，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單， 控制容易，運(yùn)動(dòng)精度高，兩方向運(yùn)動(dòng)分辨率可達(dá)到0.01皿，成本低。


圖1為本發(fā)明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方 案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的 保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括以下部件1-X0Y基礎(chǔ)平臺，2-Y向?qū)к墸?-Z 向?qū)к墸?-Y0Z基礎(chǔ)平臺，5-X向驅(qū)動(dòng)裝置，6動(dòng)平臺，7-X向?qū)к墸?-上側(cè)支 撐，9-支撐桿件，10-轉(zhuǎn)動(dòng)副，11-下側(cè)滑動(dòng)支撐，12-Y向滑塊，13-Y向驅(qū)動(dòng)裝 置。兩Y向?qū)к?固定在X0Y基礎(chǔ)平臺1上，Z向?qū)к?固定在Y0Z基礎(chǔ)平臺4 上，Y向滑塊12固定在Y向?qū)к?上，兩個(gè)下側(cè)滑動(dòng)支撐11分別固定對應(yīng)的Y 向滑塊12上，而上側(cè)支撐8則通過8根支撐桿件9及轉(zhuǎn)動(dòng)副10與兩下側(cè)滑動(dòng) 支撐11連接，X向?qū)к?固定在上側(cè)支撐8上，動(dòng)平臺6固定在X向?qū)к?上， 整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)及力的傳遞則通過動(dòng)平臺6或在動(dòng)平臺6上另加末端執(zhí)行器來實(shí) 現(xiàn)。Y向驅(qū)動(dòng)裝置固定在X0Y基礎(chǔ)平臺1上，X向驅(qū)動(dòng)裝置5固定在Z向?qū)к? 上。
本實(shí)施例中，所述X向驅(qū)動(dòng)裝置5與Y向驅(qū)動(dòng)裝置13，由液壓缸驅(qū)動(dòng)。 所述Y向驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下側(cè)滑動(dòng)支撐11Y向移動(dòng)，然后下側(cè)滑動(dòng)支撐11通
過8根支撐桿件9及轉(zhuǎn)動(dòng)副10帶動(dòng)上側(cè)支撐8移動(dòng)，上側(cè)支撐再帶動(dòng)動(dòng)平臺6
實(shí)現(xiàn)Z向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。
所述X向驅(qū)動(dòng)裝置5固定在Z向?qū)к?上，且X向驅(qū)動(dòng)裝置5的殼體與上
側(cè)支撐8固連，可以使動(dòng)平臺6實(shí)現(xiàn)X向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，而8根支撐桿件9與轉(zhuǎn)
動(dòng)副10組成的平行四邊形結(jié)構(gòu)保證了動(dòng)平臺6只發(fā)生平動(dòng)，而不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，因 此整體機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了X向、Z向的解耦。
整體機(jī)構(gòu)通過導(dǎo)軌固定在相應(yīng)的基礎(chǔ)平臺上，此外由于機(jī)構(gòu)自重的存在， 或者x向運(yùn)動(dòng)的擾動(dòng)，將X向驅(qū)動(dòng)裝置5的殼體與上側(cè)支撐8固連，使整體機(jī) 構(gòu)增加了穩(wěn)定性。
本發(fā)明的實(shí)施方式不限于上述形式。本發(fā)明中各驅(qū)動(dòng)裝置可以采用液壓驅(qū) 動(dòng)裝置，也可以采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。整個(gè)機(jī)構(gòu)的YOZ基礎(chǔ)平臺1可 以臥式，也可以側(cè)式安裝或傾斜安裝，在具體應(yīng)用中，可以根據(jù)需要確定；根 據(jù)需要，還可以在動(dòng)平臺的各個(gè)側(cè)面上增加末端執(zhí)行器。
權(quán)利要求
1、一種二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，包括XOY基礎(chǔ)平臺、YOZ基礎(chǔ)平臺、X向?qū)к墶向?qū)к?、Z向?qū)к?、X向驅(qū)動(dòng)裝置、Y向驅(qū)動(dòng)裝置、Y向滑塊、下側(cè)滑動(dòng)支撐、轉(zhuǎn)動(dòng)副、支撐桿件、上側(cè)支撐、動(dòng)平臺，其特征在于，兩Y向?qū)к壒潭ㄔ赬OY基礎(chǔ)平臺上，Z向?qū)к壒潭ㄔ赮OZ基礎(chǔ)平臺上，Y向滑塊固定在Y向?qū)к壣希瑑蓚€(gè)下側(cè)滑動(dòng)支撐分別固定在對應(yīng)的Y向滑塊上，而上側(cè)支撐則通過由8根支撐桿件及轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的平行四邊形機(jī)構(gòu)與兩個(gè)下側(cè)滑動(dòng)支撐連接，X向?qū)к壒潭ㄔ谏蟼?cè)支撐上，動(dòng)平臺固定在X向?qū)к壣?，Y向驅(qū)動(dòng)裝置固定在XOY基礎(chǔ)平臺上，X向驅(qū)動(dòng)裝置固定在Z向?qū)к壣稀?br> 2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的 支撐桿件均為二力桿且以等腰三角形形式組成桁架桿組，該桁架桿組由長度相等 且相互平行的8根支撐桿件組成，它們與轉(zhuǎn)動(dòng)副組合，兩兩之間形成平行四邊形 機(jī)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，其特征是，所述Y 向驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下側(cè)滑動(dòng)支撐Y向移動(dòng)，然后下側(cè)滑動(dòng)支撐通過8根支撐桿件及 轉(zhuǎn)動(dòng)副帶動(dòng)上側(cè)支撐移動(dòng)，上側(cè)支撐再帶動(dòng)動(dòng)平臺實(shí)現(xiàn)Z向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，整體機(jī) 構(gòu)實(shí)現(xiàn)了Z向的解耦。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，其特征是，所述X 向驅(qū)動(dòng)裝置的殼體與上側(cè)支撐固連，使動(dòng)平臺實(shí)現(xiàn)X向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，整體機(jī)構(gòu)實(shí) 現(xiàn)X向解耦。 '
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，其特征是，所述動(dòng) 平臺，其各個(gè)側(cè)面上設(shè)有末端執(zhí)行器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，其特征是，所述轉(zhuǎn) 動(dòng)副是鉸鏈、球鉸或關(guān)節(jié)軸承。
7、 權(quán)利要求l所述的二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的X向 驅(qū)動(dòng)裝置、Y向驅(qū)動(dòng)裝置，是電機(jī)、或液壓缸、或氣缸驅(qū)動(dòng)裝置。
8、 權(quán)利要求1所述的二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的Y0Z 基礎(chǔ)平臺，其安裝方式為臥式、側(cè)式或傾斜。
全文摘要
一種二自由度移動(dòng)并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，整體機(jī)構(gòu)通過導(dǎo)軌固定在基礎(chǔ)平臺上，兩Y向?qū)к?、Y向驅(qū)動(dòng)裝置固定在XOY基礎(chǔ)平臺上，Z向?qū)к壒潭ㄔ赮OZ基礎(chǔ)平臺上，Y向滑塊固定在Y向?qū)к壣希瑑蓚€(gè)下側(cè)滑動(dòng)支撐分別固定對應(yīng)的Y向滑塊上，上側(cè)支撐則通過由8根支撐桿件及轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的平行四邊形機(jī)構(gòu)與兩個(gè)下側(cè)滑動(dòng)支撐連接，X向?qū)к壒潭ㄔ谏蟼?cè)支撐上，X向驅(qū)動(dòng)裝置固定在Z向?qū)к壣希襒向驅(qū)動(dòng)裝置的殼體與上側(cè)支撐固連，則動(dòng)平臺固定在X向?qū)к壣?。本發(fā)明結(jié)合了等腰三角形二力桿桁架結(jié)構(gòu)、平行四邊形結(jié)構(gòu)，使最終的二自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了兩自由度的解耦，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，剛度高、受力特性好、傳動(dòng)效率高，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，運(yùn)動(dòng)精度高，成本低。
文檔編號B25J9/00GK101190527SQ20071017187
公開日2008年6月4日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者姚振強(qiáng), 普 張, 杜正春, 林忠欽, 峰 高 申請人:上海交通大學(xué)