專(zhuān)利名稱(chēng)：三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，尤其是用于機(jī)器人實(shí)現(xiàn)空間三個(gè)方向 轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)方向移動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)構(gòu)擁有許多優(yōu)異的特性如誤差小、剛度高、承載能力大等，但是其 自身也存在著固有的缺點(diǎn)，奇異性就是并聯(lián)機(jī)構(gòu)的固有性質(zhì)之一。對(duì)于并聯(lián)機(jī) 構(gòu)而言奇異性通常是指當(dāng)機(jī)構(gòu)位于某種特定位形時(shí)，其動(dòng)平臺(tái)的正常自由度會(huì) 發(fā)生瞬間改變。處于奇異位形狀態(tài)下的并聯(lián)機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生許多不良特性，如機(jī)構(gòu) 瞬時(shí)喪失剛度、末端定位精度降低、驅(qū)動(dòng)力無(wú)法平衡動(dòng)平臺(tái)特定廣義力等，因 此研究如何消除機(jī)構(gòu)的奇異性是并聯(lián)機(jī)構(gòu)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)奇異性的可以實(shí)現(xiàn)空間三個(gè)方 向轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)方向移動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)四邊形動(dòng)平臺(tái)、 一個(gè) 四邊形靜平臺(tái)以及連接動(dòng)平臺(tái)和靜平臺(tái)對(duì)應(yīng)邊的四條支鏈，其中三條支鏈為結(jié) 構(gòu)相同的非約束支鏈， 一條支鏈為約束支鏈，每條非約束支鏈由依次連接的第 一虎克鉸、具有兩根滑桿的第一移動(dòng)副和球鉸組成和球鉸組成，各條非約束支 鏈上的第一虎克鉸分別與靜平臺(tái)的一條邊相連，各條非約束支鏈上的球鉸分別 與動(dòng)平臺(tái)的一條邊相連，第一虎克鉸的兩條旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)均與靜平臺(tái)所在平面重合， 球鉸的球心與動(dòng)平臺(tái)所在平面重合，約束支鏈由依次連接的旋轉(zhuǎn)副、具有兩根 滑桿的第二移動(dòng)副和第二虎克鉸組成，約束支鏈上的旋轉(zhuǎn)副與靜平臺(tái)的第四條 邊相連，約束支鏈上的第二虎克鉸與動(dòng)平臺(tái)的第四條邊相連，第二虎克鉸的兩 條旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與動(dòng)平臺(tái)所在平面重合，旋轉(zhuǎn)副的軸線(xiàn)與靜平臺(tái)的第四條邊垂直， 動(dòng)平臺(tái)的邊長(zhǎng)與靜平臺(tái)的邊長(zhǎng)不等。
通常，使動(dòng)平臺(tái)的邊長(zhǎng)小于靜平臺(tái)的邊長(zhǎng)。
三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜平臺(tái)固定在機(jī)架上，三條非約束支鏈 的第一移動(dòng)副由直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，約束支鏈的旋轉(zhuǎn)副由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)后，三條非約束支鏈第一移動(dòng)副的兩根滑桿發(fā)生相互移動(dòng)，約束 支鏈的旋轉(zhuǎn)副發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，四條支鏈同時(shí)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。由于四條支 鏈在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中始終保持不平行的關(guān)系，根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可知，整個(gè)機(jī)構(gòu)由四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有四個(gè)自由度，且不存在奇異性。 與現(xiàn)有的其他并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比較，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是
1. 并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載能力強(qiáng)、工作空間大、易于控制。
2. 并聯(lián)機(jī)構(gòu)適用領(lǐng)域廣泛，如可用作并聯(lián)機(jī)床、精密傳感器、手術(shù)機(jī)器人、 鉆機(jī)等。
3. 并聯(lián)機(jī)構(gòu)不具有奇異性，在工作過(guò)程中可隨意設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的進(jìn)給路線(xiàn)，不會(huì) 有某些位置上剛度消失以及驅(qū)動(dòng)力無(wú)法平衡動(dòng)平臺(tái)特定廣義力的問(wèn)題。


圖1為三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中l(wèi).動(dòng)平臺(tái)，2.靜平臺(tái)，3.非約束支鏈，4.旋轉(zhuǎn)副，5.第一移動(dòng)副，6-1. 第一滑桿，6-2.第二滑桿，7.第一虎克鉸，8.球鉸，9-1.第三滑桿，9-2.第四滑 桿，10.第二移動(dòng)副，11.第二虎克鉸，12.非約束支鏈。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)四邊形動(dòng)平
臺(tái)1、 一個(gè)四邊形靜平臺(tái)2以及連接動(dòng)平臺(tái)1和靜平臺(tái)2對(duì)應(yīng)邊的四條支鏈，其 中三條支鏈3為結(jié)構(gòu)相同的非約束支鏈， 一條支鏈12為約束支鏈，每條非約束 支鏈由依次連接的第一虎克鉸7、具有兩根滑桿6-1、 6-2的第一移動(dòng)副5和球鉸 8組成，各條約束支鏈3上的第一虎克鉸7分別與靜平臺(tái)2的一條邊相連，各條 非約束支鏈上的球鉸8分別與動(dòng)平臺(tái)1的一條邊相連，第一虎克鉸7的兩條旋 轉(zhuǎn)軸線(xiàn)均與靜平臺(tái)2所在平面重合，球鉸8的球心與動(dòng)平臺(tái)所在平面重合，約 束支鏈12由依次連接的旋轉(zhuǎn)副4、具有兩根滑桿9-1、 9-2的第二移動(dòng)副10和第 二虎克鉸11組成，約束支鏈12上的旋轉(zhuǎn)副4與靜平臺(tái)2的第四條邊相連，約 束支鏈上的第二虎克鉸11與動(dòng)平臺(tái)1的第四條邊相連，第二虎克鉸11的兩條 旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與動(dòng)平臺(tái)所在平面重合，旋轉(zhuǎn)副4的軸線(xiàn)與靜平臺(tái)的第四條邊垂直， 動(dòng)平臺(tái)的邊長(zhǎng)與靜平臺(tái)的邊長(zhǎng)不等。
圖例中，動(dòng)平臺(tái)的邊長(zhǎng)小于靜平臺(tái)的邊長(zhǎng)。
工作原理如下并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三條非約束支鏈3的第一移動(dòng)副5在直線(xiàn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)下使兩根滑桿發(fā)生相對(duì)滑移，使得非約束支鏈可以伸縮。約束支鏈12的旋 轉(zhuǎn)副4在旋轉(zhuǎn)電機(jī)作用下可以旋轉(zhuǎn)，使得約束支鏈可以轉(zhuǎn)動(dòng)。由于靜平臺(tái)2固 定在機(jī)架上，四條支鏈的一端通過(guò)運(yùn)動(dòng)副固定在靜平臺(tái)2上，另一端通過(guò)運(yùn)動(dòng) 副與動(dòng)平臺(tái)1相連，動(dòng)平臺(tái)在四條支鏈的共同作用下，可以發(fā)生空間的三個(gè)方 向的轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)方向的移動(dòng)。即可以繞旋轉(zhuǎn)副4、第二虎克鉸11的兩條旋轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)動(dòng)以及沿O-o方向的移動(dòng)。整個(gè)機(jī)構(gòu)具有四個(gè)自由度，且不存在奇異性。
權(quán)利要求
1. 三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括一個(gè)四邊形動(dòng)平臺(tái)(1)、一個(gè)四邊形靜平臺(tái)(2)以及連接動(dòng)平臺(tái)(1)和靜平臺(tái)(2)對(duì)應(yīng)邊的四條支鏈，其中三條支鏈(3)為結(jié)構(gòu)相同的非約束支鏈，一條支鏈(12)為約束支鏈，每條非約束支鏈由依次連接的第一虎克鉸(7)、具有兩根滑桿(6-1、6-2)的第一移動(dòng)副(5)和球鉸(8)組成，各條非約束支鏈(3)上的第一虎克鉸(7)分別與靜平臺(tái)(2)的一條邊相連，各條非約束支鏈上的球鉸(8)分別與動(dòng)平臺(tái)(1)的一條邊相連，第一虎克鉸(7)的兩條旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)均與靜平臺(tái)(2)所在平面重合，球鉸(8)的球心與動(dòng)平臺(tái)所在平面重合，約束支鏈(12)由依次連接的旋轉(zhuǎn)副(4)、具有兩根滑桿(9-1、9-2)的第二移動(dòng)副(10)和第二虎克鉸(11)組成，約束支鏈(12)上的旋轉(zhuǎn)副(4)與靜平臺(tái)(2)的第四條邊相連，約束支鏈上的第二虎克鉸(11)與動(dòng)平臺(tái)(1)的第四條邊相連，第二虎克鉸(11)的兩條旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與動(dòng)平臺(tái)所在平面重合，旋轉(zhuǎn)副(4)的軸線(xiàn)與靜平臺(tái)的第四條邊垂直，動(dòng)平臺(tái)的邊長(zhǎng)與靜平臺(tái)的邊長(zhǎng)不等。
2. 根據(jù)權(quán)要求1所述的三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于動(dòng)平臺(tái) 的邊長(zhǎng)小于靜平臺(tái)的邊長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明的三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)四邊形動(dòng)平臺(tái)、一個(gè)四邊形靜平臺(tái)以及連接動(dòng)平臺(tái)和靜平臺(tái)對(duì)應(yīng)邊的四條支鏈，其中三條支鏈為結(jié)構(gòu)相同的非約束支鏈，一條支鏈為約束支鏈，每條非約束支鏈由依次連接的第一虎克鉸、具有兩根滑桿的第一移動(dòng)副和球鉸組成和球鉸組成，各條非約束支鏈上的第一虎克鉸分別與靜平臺(tái)的一條邊相連，球鉸分別與動(dòng)平臺(tái)的一條邊相連，約束支鏈由依次連接的旋轉(zhuǎn)副、具有兩根滑桿的第二移動(dòng)副和第二虎克鉸組成，約束支鏈上的旋轉(zhuǎn)副與靜平臺(tái)的第四條邊相連，第二虎克鉸與動(dòng)平臺(tái)的第四條邊相連，動(dòng)平臺(tái)的邊長(zhǎng)與靜平臺(tái)的邊長(zhǎng)不等。該并聯(lián)機(jī)構(gòu)不僅承載能力強(qiáng)，而且不具有奇異位形，在精密傳感器，醫(yī)療手術(shù)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B25J9/08GK101508110SQ20091009679
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者彭鐵柱, 李凌豐 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)