專利名稱：具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人機(jī)構(gòu)，特別是一種具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
機(jī)構(gòu)自由度數(shù)少于6的少自由度并聯(lián)機(jī)器人是目前國際并聯(lián)機(jī)器人學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的 熱點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中有相當(dāng)數(shù)量的操作任務(wù)所要求的自由度數(shù)少于6，此時應(yīng)用合適的少自由 度并聯(lián)機(jī)器人，可以有效地節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、控制和維護(hù)方面的成本。
具有兩個轉(zhuǎn)動自由度和一個移動自由度(簡稱2轉(zhuǎn)1移)的3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是少自由度并 聯(lián)機(jī)器人中非常重要的一類。3-PRS/RPS類并聯(lián)機(jī)構(gòu)是兩轉(zhuǎn)一移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的典型代表， 被用作望遠(yuǎn)鏡聚焦裝置、運(yùn)動模擬器、微操作機(jī)械手、坐標(biāo)測量機(jī)、加工中心的主軸頭等。
現(xiàn)有出版物上所公開的兩轉(zhuǎn)一移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(如US6431802、 WO0025976、 ZL 200610013608.3， EP1123175、 CA2349579、 DE59905578D、 ES2198991T、 ZL200710057179.4) 都存在運(yùn)動學(xué)模型復(fù)雜的問題、導(dǎo)致實(shí)時控制、標(biāo)定困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種兩轉(zhuǎn)一移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具 有運(yùn)動學(xué)模型簡單，易于控制，結(jié)構(gòu)簡單、剛度高，制造成本低的特點(diǎn)。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是
具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括動平臺、機(jī)架、以及并聯(lián)連接在動平臺與機(jī)架之 間的第一、第二和第三分支；其特征在于所述第三分支從機(jī)架到動平臺依次連接有第一單自由 度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副、轉(zhuǎn)動副和萬向鉸，所述的第一分支、第二分支中，每一分支 從機(jī)架到動平臺依次連接有第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副和萬向鉸；所述第一分 支中的萬向鉸連接動平臺的轉(zhuǎn)動副軸線與第二分支中的萬向鉸連接動平臺的轉(zhuǎn)動副軸線相互平 行；第一分支中的萬向鉸中心點(diǎn)與第二分支中的萬向鉸中心點(diǎn)的連線經(jīng)過第三分支中的萬向鉸 中心點(diǎn)，第三分支中萬向鉸連接動平臺的轉(zhuǎn)動副軸線垂直或者平行于第一分支、第二分支中兩 個萬向鉸連接動平臺的轉(zhuǎn)動副軸線。
第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副分別是移動副和轉(zhuǎn)動副，第二分 支中的第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副分別是移動副和轉(zhuǎn)動副，第三分支中的第一 單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是移動副和轉(zhuǎn)動副，且所述的同一分支中的移動副 軸線與轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直；或者，第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副 分別是轉(zhuǎn)動副和移動副，第二分支中的第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動 副和移動副，第三分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副和移動副，且所述的同一分支中的移動副軸線與轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直。
第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)動副，轉(zhuǎn)動副 和轉(zhuǎn)動副的軸線與同一分支中的萬向鉸連接動平臺的轉(zhuǎn)動副的軸線垂直；第二分支中的第一單 自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)動副，轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)動副的軸線與同一分 支中的萬向鉸連接動平臺的轉(zhuǎn)動副的軸線垂直；第三分支中的第一單自由度運(yùn)動副、第二單自 由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)動副；且所述的同一分支中的轉(zhuǎn)動副軸線與轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。
第一分支第二單自由度運(yùn)動副與萬向鉸之間還增加一轉(zhuǎn)動副，第二分支中的第二單自由度 運(yùn)動副與萬向鉸之間還增加一轉(zhuǎn)動副，每一分支增加的轉(zhuǎn)動副軸線分別與同一分支中的萬向鉸 連接動平臺的轉(zhuǎn)動副軸線垂直；第一分支萬向鉸中的第二根轉(zhuǎn)軸與第二分支萬向鉸中的第二根 轉(zhuǎn)軸同軸。
每一分支中的單自由度運(yùn)動副中至少有一個是主動移動副或者主動轉(zhuǎn)動副，主動移動副的 驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的絲杠機(jī)構(gòu)，或者是直線電機(jī)，主動轉(zhuǎn)動副的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的減速 機(jī)。
具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括動平臺、機(jī)架、以及連接動平臺與機(jī)架的第一、 第二和第三分支；其特征在于其中第一分支中從機(jī)架到動平臺依次連接有第一單自由度運(yùn)動副、 第二單自由度運(yùn)動副和球鉸，第二分支中從機(jī)架到動平臺依次連接有第一單自由度運(yùn)動副、第 二單自由度運(yùn)動副和球鉸；第三分支從機(jī)架到動平臺依次連接有第一單自由度運(yùn)動副、第二單 自由度運(yùn)動副、轉(zhuǎn)動副和萬向鉸；所述第一分支中的球鉸中心點(diǎn)和第二分支中的球鉸中心點(diǎn)之 間的連線經(jīng)過第三分支中萬向鉸的中心點(diǎn)。
第三分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是移動副和轉(zhuǎn)動副；所述第 一分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是移動副和轉(zhuǎn)動副，第二分支中的 第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是移動副和轉(zhuǎn)動副，且所述的同一分支中的移 動副軸線與轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直，或者，
第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副和移動副，第二分 支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副和移動副，且所述的同一分支
中的移動副軸線與轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直，或者，
第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)動副，第二分 支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)動副，且所述的同一分支 中的兩個轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。
第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副和移動副，第二分 支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副和移動副，第三分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副和移動副，且所述的同一分支中的移動副 軸線與轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直。
每一分支中的單自由度運(yùn)動副中至少有一個是主動移動副或者主動轉(zhuǎn)動副，主動移動副的 驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的絲杠機(jī)構(gòu)，或者是直線電機(jī)，主動轉(zhuǎn)動副的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的減速 機(jī)。
本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)空間的兩個轉(zhuǎn)動自由度和一個移動自由度，其中一個轉(zhuǎn)動自由度是動平臺可 繞第一、第二分支中與動平臺相連的兩個萬向鉸中心點(diǎn)的連線發(fā)生轉(zhuǎn)動，另一個轉(zhuǎn)動自由度是 動平臺可繞經(jīng)過第三分支與動平臺相連的萬向鉸中心點(diǎn)，且與第一、第二分支中轉(zhuǎn)動副軸線平 行的直線發(fā)生轉(zhuǎn)動；移動自由度是動平臺可在垂直方向發(fā)生移動。其運(yùn)動學(xué)模型簡單，易于控 制、標(biāo)定；另外由于結(jié)構(gòu)簡單可靠、剛度高，制造成本得以降低，，可應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián) 機(jī)床等場合。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明實(shí)施例4的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是本發(fā)明實(shí)施例5的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6是本發(fā)明實(shí)施例6的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7是本發(fā)明實(shí)施例7的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8是本發(fā)明實(shí)施例8的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖9是本發(fā)明實(shí)施例9的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖IO是本發(fā)明實(shí)施例IO的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖11是本發(fā)明各實(shí)施例中的萬向鉸的結(jié)構(gòu)簡圖。 圖中l(wèi)l-機(jī)架，21-機(jī)架，31-機(jī)架，4-動平臺；
第一分支中12-移動副，13-連桿，14-轉(zhuǎn)動副，15-連桿，16-轉(zhuǎn)動副，17-連桿，18-萬向鉸， 18a-萬向鉸18的第一根轉(zhuǎn)軸，18b-萬向鉸18的第二根轉(zhuǎn)軸，111-轉(zhuǎn)動副，112-連桿，113-移動 副，114-連桿，116-轉(zhuǎn)動副；
第二分支中22-移動副，23-連桿，24-轉(zhuǎn)動副，25-連桿，26-轉(zhuǎn)動副，27-連桿，28-萬向 鉸，28a-萬向鉸28的第一根轉(zhuǎn)軸，28b-萬向鉸28的第二根轉(zhuǎn)軸，211-轉(zhuǎn)動副，212-連桿，213-移動副，214-連桿，216-轉(zhuǎn)動副；
第三分支中32-移動副，33-連桿，34-轉(zhuǎn)動副，35-連桿，36-轉(zhuǎn)動副，37-連桿，38-萬向
7鉸，38a-萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸，38b-萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸，31卜轉(zhuǎn)動副，312-連桿，313-移動副，314-連桿，316-轉(zhuǎn)動副。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖所示的實(shí)施例進(jìn)一步說明。
以下各實(shí)施例中，所述每個分支的萬向鉸中的兩個轉(zhuǎn)動副的軸線相互垂直且相交；所述 的萬向鉸的中心點(diǎn)即為萬向鉸中兩個轉(zhuǎn)動副軸線的交點(diǎn)；所述的萬向鉸18、萬向鉸28和萬向 鉸38中的第一根轉(zhuǎn)軸，是萬向鉸分別直接連接動平臺的轉(zhuǎn)動副18a、轉(zhuǎn)動副28a和轉(zhuǎn)動副38a; 萬向鉸18、萬向鉸28和萬向鉸38中的第二根轉(zhuǎn)軸(即轉(zhuǎn)動副18b、轉(zhuǎn)動副28b和轉(zhuǎn)動副38b) 則與每一分支中的第二單自由度運(yùn)動副連接，或通過一轉(zhuǎn)動副與每一分支中的第二單自由度運(yùn) 動副連接；所述的移動副軸線是指與移動副的運(yùn)動方向平行的直線，轉(zhuǎn)動副軸線是指轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn) 動時所圍繞轉(zhuǎn)動的中心線。此外，每一分支中的單自由度運(yùn)動副中至少有一個是主動移動副或 主動轉(zhuǎn)動副，所述的主動移動副的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的絲杠機(jī)構(gòu)，或者是直線電機(jī)，主動轉(zhuǎn) 動副的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的減速機(jī)。以上所述均為一般機(jī)器人機(jī)構(gòu)的常規(guī)設(shè)計(jì)。 實(shí)施例1:
如圖1所示，動平臺4通過三個結(jié)構(gòu)相同的分支與機(jī)架11、 21和31連接，分支中移動副 12、 22、 32互不平行且分別與機(jī)架11、 21和31連接，連桿13、 23、 33的一端分別與移動副 12、 22、 32連接，連桿13、 23、 33的另一端分別與轉(zhuǎn)動副14、 24、 34連接、且轉(zhuǎn)動副14、 24、 34的軸線分別與移動副12、 22、 32的軸線垂直，連桿15、 25、 35的一端分別與轉(zhuǎn)動副14、 24、 34連接，連桿15、 25、 35的另一端分別與轉(zhuǎn)動副16、 26、 36連接，連桿17、 27、 37的一端 分別與轉(zhuǎn)動副16、 26、 36連接，連桿17、 27、 37的另一端分別與萬向鉸18、 28、 38的第二根 轉(zhuǎn)軸18b、 28b、 38b連接，動平臺4分別與萬向鉸18、 28、 38的第一根轉(zhuǎn)軸18a、 28a、 38a連 接；萬向鉸18的第一根轉(zhuǎn)軸18a，萬向鉸28的第一根轉(zhuǎn)軸28a垂直于動平臺的平面，萬向鉸 18的第二根轉(zhuǎn)軸18b與萬向鉸28的第二根轉(zhuǎn)軸28b共軸重合，且平行于動平臺的平面；萬向 鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a平行于動平臺的平面，且垂直于第三分支第一轉(zhuǎn)動副34的軸線，萬向 鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b垂直于動平臺的平面；萬向鉸18的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸18a和18b的交點(diǎn))，萬 向鉸28的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸28a和28b的交點(diǎn))，和萬向鉸38的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸38a和38b的交點(diǎn))在同 一直線上。
實(shí)施例2:
如圖2所示，動平臺4通過三個結(jié)構(gòu)相同的分支與機(jī)架11、21和31連接，轉(zhuǎn)動副111、211、 311分別與機(jī)架11、 21和31連接，連桿112、 212、 312 —端分別與轉(zhuǎn)動副111、 211、 311連接， 連桿112、 212、 312另一端分別與移動副113、 213、 313連接，連桿114、 214、 314的一端分別與移動副113、 213、 313連接，連桿114、 214、 314的另一端分別與轉(zhuǎn)動副16、 26、 36連接， 連桿17、 27、 37的一端分別與轉(zhuǎn)動副16、 26、 36連接，連桿17、 27、 37的另一端分別與萬向 鉸18、 28、 38的第二根轉(zhuǎn)軸18b、 28b、 38b連接，動平臺4分別與力'向鉸18、 28、 38的第一 根轉(zhuǎn)軸18a、 28a、 38a連接；萬向鉸18的第一根轉(zhuǎn)軸18a，萬向鉸28的第一根轉(zhuǎn)軸28a垂直于 動平臺的平面，萬向鉸18的第二根轉(zhuǎn)軸18b與萬向鉸28的第二根轉(zhuǎn)軸28b共軸重合，且平行 于動平臺的平面，萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a平行于動平臺的平面，且垂直于轉(zhuǎn)動副36的軸 線，萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b垂直于動平臺的平面；萬向鉸18的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸18a和18b的 交點(diǎn))，萬向鉸28的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸28a和28b的交點(diǎn))，和萬向鉸38的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸38a和38b的 交點(diǎn))在同一直線上。 實(shí)施例3:
如圖3所示，動平臺4通過三個結(jié)構(gòu)相同的分支與機(jī)架11 、21和31連接，轉(zhuǎn)動副111、211、 3U分別與機(jī)架11、 21和31連接，連桿112、 212、 312—端分別與轉(zhuǎn)動副111、 211、 311連接， 連桿112、 212、 312另一端分別與轉(zhuǎn)動副116、 216、 316連接、連桿15、 25、 35的一端分別與 轉(zhuǎn)動副116、 216、 316連接，連桿15、 25、 35的另一端分別與轉(zhuǎn)動副16、 26、 36連接，連桿 17、 27、 37的一端分別與轉(zhuǎn)動副16、 26、 36連接，連桿17、 27、 37的另一端分別與萬向鉸18、 28、 38的第二根轉(zhuǎn)軸18b、 28b、 38b連接，動平臺4分別與萬向鉸18、 28、 38的第一根轉(zhuǎn)軸 18a、 28a、 38a連接；萬向鉸18的第一根轉(zhuǎn)軸18a，萬向鉸28的第一根轉(zhuǎn)軸28a垂直于動平臺 的平面，萬向鉸18的第二根轉(zhuǎn)軸18b與萬向鉸28的第二根轉(zhuǎn)軸28b共軸重合，且平行于動平 臺的平面，萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a平行于動平臺的平面，且垂直于轉(zhuǎn)動副36的軸線，萬 向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b垂直于動平臺的平面；萬向鉸18的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸18a和18b的交點(diǎn))， 萬向鉸28的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸28a和28b的交點(diǎn))，和萬向鉸38的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸38a和38b的交點(diǎn))在 同一直線上。
實(shí)施例4:
如圖4所示，動平臺4通過三個分支與機(jī)架11， 21， 31連接，分支中移動副12、 22、 32 互不平行且分別與機(jī)架11、 21、 31連接，連桿13、 23、 33的一端分別與移動副12、 22、 32連 接，連桿13、 23、 33的另一端分別與轉(zhuǎn)動副14、 24、 34連接、且轉(zhuǎn)動副14、 24、 34的軸線分 別與移動副12、 22、 32的軸線垂直，連桿15、 25、 35的一端分別與轉(zhuǎn)動副14、 24、 34連接， 連桿15、 25的另一端分別與球鉸19、 29連接，連桿35的另一端與轉(zhuǎn)動副36連接，連桿37的 一端與轉(zhuǎn)動副36連接，連桿37的另一端與萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b連接，動平臺4分別與 球鉸19、 29和萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a連接；萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a平行于動平臺的 平面，且垂直于轉(zhuǎn)動副34的軸線，萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b垂直于動平臺的平面；球鉸19的球心，球鉸29的球心，和萬向鉸38的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸38a和38b的交點(diǎn))在同一直線上。 實(shí)施例5:
如圖5所示，動平臺4通過三個分支與機(jī)架11、 21和31連接，轉(zhuǎn)動副111、 211分別與機(jī) 架11、 21連接，連桿112、 212 —端分別與轉(zhuǎn)動副111、 211連接，連桿112、 212另一端分別 與移動副113、 213連接，連桿114、 214的一端分別與移動副113、 2B連接，連桿114、 214 的另一端分別與球鉸19、 29連接；分支中移動副32與機(jī)架31連接，連桿33的一端與移動副 32連接，連桿33的另一端與轉(zhuǎn)動副34連接、且轉(zhuǎn)動副34的軸線與移動副32的軸線垂直，連 桿35的一端與轉(zhuǎn)動副34連接，連桿35的另一端與轉(zhuǎn)動副36連接，連桿37的一端與轉(zhuǎn)動副 36連接，連桿37的另一端與萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b連接，動平臺4分別與球鉸19、 29 和萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a連接；萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a平行于動平臺的平面，且垂 直于轉(zhuǎn)動副36的軸線，萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b垂直于動平臺的平面；球鉸19的球心，球 鉸29的球心，和萬向鉸38的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸38a和38b的交點(diǎn))在同一直線上。
實(shí)施例6:
如圖6所示，動平臺4通過三個分支與機(jī)架11、 21和31連接，轉(zhuǎn)動副111、 211分別與機(jī) 架11、 21連接，連桿112、 212 —端分別與轉(zhuǎn)動副111、 211連接，連桿112、 212另一端分別 與轉(zhuǎn)動副116、 216連接、連桿15、 25的一端分別與轉(zhuǎn)動副116、 216連接，連桿15、 25的另 一端分別與球鉸19、 29連接，分支中移動副32與機(jī)架31連接，連桿33的一端與移動副32連 接，連桿33的另一端與轉(zhuǎn)動副34連接、且轉(zhuǎn)動副34的軸線與移動副32的軸線垂直，連桿35 的一端與轉(zhuǎn)動副34連接，連桿35的另一端與轉(zhuǎn)動副36連接，連桿37的一端與轉(zhuǎn)動副36連接， 連桿37的另一端與萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b連接，動平臺4分別與球鉸19、 29和萬向鉸 38的第一根轉(zhuǎn)軸38a連接；萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a平行于動平臺的平面，且垂直于轉(zhuǎn)動副 34的軸線，萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b垂直于動平臺的平面；球鉸19的球心，球鉸29的球 心，和萬向鉸38的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸38a和38b的交點(diǎn))在同一直線上。
實(shí)施例7:
如圖7所示，動平臺4通過三個分支與機(jī)架11、 21和31連接，轉(zhuǎn)動副111、 211、 311分 別與機(jī)架11、 21和31連接，連桿112、 212、 312 —端分別與轉(zhuǎn)動副111、 211、 311連接，連 桿112、 212、 312另一端分別與移動副113、 213、 313連接，連桿114、 214、 314的一端分別 與移動副113、 213、 313連接、連桿114、 214的另一端分別與球鉸19、 29連接，連桿314的 另一端與轉(zhuǎn)動副36連接，連桿37的一端與轉(zhuǎn)動副36連接，連桿37的另一端與萬向鉸38的第 二根轉(zhuǎn)軸38b連接，動平臺4分別與球鉸19、 29和萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a連接；萬向鉸38的第-根轉(zhuǎn)軸38a平行于動平臺的平面，且垂直于轉(zhuǎn)動副36的軸線，萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn) 軸38b垂直于動平臺的平面；球鉸19的球心，球鉸29的球心，和萬向鉸38的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸38a 和38b的交點(diǎn))在同一直線上。
實(shí)施例8:
如圖8所示，動平臺4與機(jī)架11、 21、 31通過三個分支連接，分支中移動副12、 22、 32 互不平行且分別與機(jī)架ll、 21、 31連接，連桿13、 23、 33的一端分別與移動副12、 22、 32連 接，連桿13、 23、 33的另一端分別與轉(zhuǎn)動副14、 24、 34連接、且轉(zhuǎn)動副14、 24、 34的軸線分 別與移動副12、 22、 32的軸線垂直，連桿15、 25、 35的一端分別與轉(zhuǎn)動副14、 24、 34連接， 連桿15、 25的另一端分別與萬向鉸110的第二根轉(zhuǎn)軸110b、萬向鉸210的第二根轉(zhuǎn)軸210b連 接，連桿35的另一端與轉(zhuǎn)動副36連接，連桿37的一端與轉(zhuǎn)動副36連接，連桿37的另一端與 萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b連接，動平臺4分別與萬向鉸110的第一根轉(zhuǎn)軸110a、萬向鉸210 的第一根轉(zhuǎn)軸210a和萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a連接；萬向鉸110的第一根轉(zhuǎn)軸110a和萬向 鉸210的第一根轉(zhuǎn)軸210a重合，且平行于動平臺的平面，萬向鉸110的第二根轉(zhuǎn)軸110b和萬 向鉸210的第二根轉(zhuǎn)軸210b平行，且平行于轉(zhuǎn)動副14、 24的軸線；萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸 38a平行于動平臺的平面，且垂直于轉(zhuǎn)動副36的軸線，萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b垂直于動平 臺的平面；萬向鉸110的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸110a和110b的交點(diǎn))，萬向鉸210的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸210a和 210b的交點(diǎn))，和萬向鉸38的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸38a和38b的交點(diǎn))在同一直線上。
實(shí)施例9:
如圖9所示，動平臺4通過三個分支與機(jī)架11、 21和31連接，轉(zhuǎn)動副111、 211、 311分 別與機(jī)架11、 21和31連接，連桿112、 212、 312 —端分別與轉(zhuǎn)動副111、 211、 311連接，連 桿112、 212、 312另一端分別與移動副113、 213、 313連接；連桿114、 214、 314的一端分別 與移動副113、 213、 313連接，連桿114、 214的另一端分別與萬向鉸110的第二根轉(zhuǎn)軸110b、 萬向鉸210的第二根轉(zhuǎn)軸210b連接連桿314的另一端與轉(zhuǎn)動副36連接，連桿37的一端與轉(zhuǎn) 動副36連接，連桿37的另一端與萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b連接;動平臺4分別與萬向鉸110 的第一根轉(zhuǎn)軸110a、萬向鉸210的第一根轉(zhuǎn)軸210a和萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a連接；萬向 鉸110的第一根轉(zhuǎn)軸110a和萬向鉸210的第一根轉(zhuǎn)軸210a重合，且平行于動平臺的平面，萬 向鉸110的第二根轉(zhuǎn)軸110b和萬向鉸210的第二根轉(zhuǎn)軸210b平行，且平行于轉(zhuǎn)動副111、 211 的軸線；萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a平行于動平臺的平面，且垂直于轉(zhuǎn)動副36的軸線，萬向 鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b垂直于動T臺的T面；萬向鉸110的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸110a和U0b的交點(diǎn))， 萬向鉸210的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸210a和210b的交點(diǎn))，和萬向鉸38的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸38a和38b的交點(diǎn))在同一直線上。 實(shí)施例10:
如圖10所示，動平臺4通過三個分支與機(jī)架11、 21和31連接，轉(zhuǎn)動副lll、 211、 311分 別與機(jī)架11、 21和31連接，連桿112、 212、 312 —端分別與轉(zhuǎn)動副111、 211、 311連接，連 桿U2、 212、 312另一端分別與轉(zhuǎn)動副116、 216、 316連接，連桿15、 25、 35的一端分別與轉(zhuǎn) 動副116、 216、 316連接，連桿15、 25另一端分別與萬向鉸110的第二根轉(zhuǎn)軸110b、萬向鉸 210的第二根轉(zhuǎn)軸210b連接，連桿35的另一端與轉(zhuǎn)動副36連接，連桿37的一端與轉(zhuǎn)動副36 連接，連桿37的另一端與萬向鉸38的第二根轉(zhuǎn)軸38b連接；動平臺4分別與萬向鉸110的第 一根轉(zhuǎn)軸110a、萬向鉸210的第一根轉(zhuǎn)軸210a和萬向鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a連接；萬向鉸110 的第一根轉(zhuǎn)軸110a和萬向鉸210的第一根轉(zhuǎn)軸210a重合，且平行于動平臺，萬向鉸110的第 二根轉(zhuǎn)軸110b和萬向鉸210的第二根轉(zhuǎn)軸210b平行，且平行于轉(zhuǎn)動副lll、 211的軸線；萬向 鉸38的第一根轉(zhuǎn)軸38a平行于動平臺的平面，且垂直于轉(zhuǎn)動副36的軸線，萬向鉸38的第二根 轉(zhuǎn)軸38b垂直于動平臺的平面；萬向鉸110的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸110a和110b的交點(diǎn))，萬向鉸210的 中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸210a和210b的交點(diǎn))，和萬向鉸38的中心點(diǎn)(轉(zhuǎn)軸38a和38b的交點(diǎn))在同一直線上。
上述實(shí)施例中，根據(jù)機(jī)構(gòu)學(xué)中運(yùn)動副等效原理，第一分支和第二分支中的轉(zhuǎn)動副與萬向鉸 之間的連桿長度可以為零，轉(zhuǎn)動副與萬向鉸可以用一個球鉸替代，該球鉸中心點(diǎn)為萬向鉸中心 點(diǎn)。因此，實(shí)施例1和實(shí)施例2分別變形為實(shí)施例4和實(shí)施例7。
根據(jù)機(jī)構(gòu)學(xué)消極運(yùn)動副判別原理，可知第一分支和第二分支的萬向鉸中垂直于動平臺的第 一轉(zhuǎn)軸為消極轉(zhuǎn)軸，不發(fā)生轉(zhuǎn)動，去掉該轉(zhuǎn)軸并不影響機(jī)構(gòu)的整體自由度。去掉該轉(zhuǎn)軸后，再 根據(jù)機(jī)構(gòu)學(xué)中運(yùn)動副等效原理，第一分支和第二分支中的轉(zhuǎn)動副與原有萬向鉸第二轉(zhuǎn)軸之間的 連桿長度可以為零，轉(zhuǎn)動副與原有萬向鉸的第二轉(zhuǎn)軸可以用一個新萬向鉸替代。因此，實(shí)施例 1、實(shí)施例2和實(shí)施例3分別變形為實(shí)施例8、實(shí)施例9和實(shí)施例10;也可反向表述為實(shí)施例 8、實(shí)施例9和實(shí)施例10分別增加一轉(zhuǎn)動副后形成實(shí)施例1 、實(shí)施例2和實(shí)施例3。
權(quán)利要求
1、具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括動平臺(4)、機(jī)架(11、21、31)、以及并聯(lián)連接在動平臺與機(jī)架之間的第一、第二和第三分支；其特征在于所述第三分支從機(jī)架到動平臺依次連接有第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副、轉(zhuǎn)動副(36)和萬向鉸(38)，所述的第一分支、第二分支中，每一分支從機(jī)架到動平臺依次連接有第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副和萬向鉸；所述第一分支中的萬向鉸(18)連接動平臺的轉(zhuǎn)動副軸線(18a)與第二分支中的萬向鉸(28)連接動平臺的轉(zhuǎn)動副軸線(28a)相互平行；第一分支中的萬向鉸(18)中心點(diǎn)與第二分支中的萬向鉸(28)中心點(diǎn)的連線經(jīng)過第三分支中的萬向鉸(38)的中心點(diǎn)，第三分支中萬向鉸(38)連接動平臺的轉(zhuǎn)動副(38a)軸線垂直或者平行于第一分支、第二分支中兩個萬向鉸(18)、(28)連接動平臺的轉(zhuǎn)動副軸線(18a)、(28a)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于 第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副分別是移動副(12)和轉(zhuǎn) 動副(14)，第二分支中的第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副分別是移 動副(22)和轉(zhuǎn)動副(24)，第三分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn) 動副分別是移動副(32)和轉(zhuǎn)動副(34)，且所述的同一分支中的移動副軸線與 轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直；或者，第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由 度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副(111)和移動副(113)，第二分支中的第一單自由度運(yùn) 動副、第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副(211)和移動副(213)，第三分支中 的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副(311)和移動副(313)，且所述的同一分支中的移動副軸線與轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于 第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副(111) 和轉(zhuǎn)動副(116)，轉(zhuǎn)動副(111)和轉(zhuǎn)動副(116)的軸線與同一分支中的萬向鉸(110)連接動平臺的轉(zhuǎn)動副(110a)的軸線垂直；第二分支中的第一單自由度 運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副(211)和轉(zhuǎn)動副(216)，轉(zhuǎn)動副(211) 和轉(zhuǎn)動副(216)的軸線與同一分支中的萬向鉸(210)連接動平臺的轉(zhuǎn)動副(210a) 的軸線垂直；第三分支中的第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副分別是 轉(zhuǎn)動副(311)和轉(zhuǎn)動副(316);且所述的同一分支中的轉(zhuǎn)動副軸線與轉(zhuǎn)動副軸 線相互平行。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征 在于所述第一分支第—單自由度運(yùn)動副與萬向鉸(18)之間還增加一轉(zhuǎn)動副(16)，第二分支中的第二單自由度運(yùn)動副與萬向鉸(28)之間還增加一轉(zhuǎn)動副(26)，轉(zhuǎn)動副(16)的軸線與第一分支中的萬向鉸(18)連接動平臺的轉(zhuǎn)動副軸線(18a)垂直，轉(zhuǎn)動副(26)的軸線與第二分支中的萬向鉸(28)連接動平 臺的轉(zhuǎn)動副軸線(28a)垂直；第一分支萬向鉸(18)中的第二根轉(zhuǎn)軸(18b) 與第二分支萬向鉸(28)中的第二根轉(zhuǎn)軸(28b)同軸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征 在于每一分支中的單自由度運(yùn)動副中至少有一個是主動移動副或者主動轉(zhuǎn)動副，主動移動副的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的絲杠機(jī)構(gòu)，或者是直線電機(jī)，主動轉(zhuǎn) 動副的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的減速機(jī)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于 每一分支中的單自由度運(yùn)動副中至少有一個是主動移動副或者主動轉(zhuǎn)動副，主 動移動副的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的絲杠機(jī)構(gòu)，或者是直線電機(jī)，主動轉(zhuǎn)動副的 驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的減速機(jī)。
7、 具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括動平臺(4)、機(jī)架(11、 21、31)、以及連接動平臺與機(jī)架的第一、第二和第三分支；其特征在于其中第一分 支中從機(jī)架到動平臺依次連接有第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副和 球鉸(19)，第二分支中從機(jī)架到動平臺依次連接有第一單自由度運(yùn)動副、第二 單自由度運(yùn)動副和球鉸(29);第三分支從機(jī)架到動平臺依次連接有第一單自由 度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副、轉(zhuǎn)動副(36)和萬向鉸(38);所述第一分支和 第二分支中的球鉸(19)中心點(diǎn)與球鉸(20)中心點(diǎn)之間的連線經(jīng)過第三分支 中萬向鉸(38)的中心點(diǎn)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于 第三分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是移動副(32) 和轉(zhuǎn)動副(34);所述第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副 分別是移動副(12)和轉(zhuǎn)動副(14)，第二分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二 單自由度運(yùn)動副分別是移動副(22)和轉(zhuǎn)動副(24)，且所述的同一分支中的移 動副軸線與轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直，或者，第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副 (111)和移動副(113)，第二分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn) 動副分別是轉(zhuǎn)動副(211)和移動副(213)，且所述的同一分支中的移動副軸線 與轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直，或者，第一分支中的第--單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副 (111)和轉(zhuǎn)動副(116),第二分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn) 動副分別是轉(zhuǎn)動副(211)和轉(zhuǎn)動副(216)，且所述的同一分支中的兩個轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于 第三分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副(311)和移動副(313)，第一分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二單自由度運(yùn)動副分 別是轉(zhuǎn)動副(111)和移動副(113)，第二分支中的第一單自由度運(yùn)動副和第二 單自由度運(yùn)動副分別是轉(zhuǎn)動副(211)和移動副(213)，且所述的同一分支中的 移動副軸線與轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)， 其特征在于每一分支中的單自由度運(yùn)動副中至少有一個是主動移動副或者主動 轉(zhuǎn)動副，主動移動副的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的絲杠機(jī)構(gòu)，或者是直線電機(jī)，主 動轉(zhuǎn)動副的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動的減速機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人機(jī)構(gòu)中的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。目的是提供的機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動學(xué)模型簡單，易于控制，結(jié)構(gòu)簡單、剛度高，制造成本低的特點(diǎn)。技術(shù)方案是具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，動平臺、機(jī)架、以及并聯(lián)連接在動平臺與機(jī)架之間的第一、第二和第三分支；三個分支中，每一分支從機(jī)架到動平臺依次連接有第一單自由度運(yùn)動副、第二單自由度運(yùn)動副和萬向鉸，其中第三分支在第二單自由度運(yùn)動副與萬向鉸之間還增設(shè)一轉(zhuǎn)動副；第一分支與第二分支中的兩個萬向鉸的第一根轉(zhuǎn)軸軸線相互平行；三個分支中的三個萬向鉸的中心點(diǎn)共線；第三分支中萬向鉸的第一根轉(zhuǎn)軸軸線垂直或者平行于第一分支、第二分支中兩個萬向鉸的第一根轉(zhuǎn)軸軸線。
文檔編號B25J1/00GK101518898SQ20091009753
公開日2009年9月2日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者劉辛軍, 李秦川, 武傳宇, 挺 胡, 胡旭東 申請人:浙江理工大學(xué)