專利名稱：2-prt&prs三自由度空間并聯(lián)機器人機構(gòu)的制作方法
2-PRT&PRS三自由度空間并聯(lián)機器人機構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機器人和先進制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實現(xiàn)空間一平動兩轉(zhuǎn)動的
少自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)。背景技術(shù)：
并聯(lián)機器人機構(gòu)可定義為上下平臺(固定平臺和運動平臺)之間用兩個或兩個 以上的運動支鏈相連，每個運動支鏈由連桿和運動副組成，運動平臺具有兩個或兩個以上 自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的機構(gòu)。并聯(lián)機器人機構(gòu)廣泛應用于大型模擬設(shè)備、機器人、數(shù) 控機床、傳感器、微操作器、雕刻機和測量機等技術(shù)領(lǐng)域。Stewart平臺是一種典型的并聯(lián)機 器人機構(gòu)，該機構(gòu)具有6個自由度，首次用于并聯(lián)機器人和數(shù)控機床被認為是二十世紀以 來機床結(jié)構(gòu)的一次革命，在這以后發(fā)明了多種6自由度并聯(lián)機構(gòu)。 由于結(jié)構(gòu)的限制，6自由度并聯(lián)機構(gòu)有許多技術(shù)問題沒能很好解決，如運動耦合性 強、運動學正解復雜、工作空間小、傳動特性差等。少自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中 具有廣闊的應用前景，不少學者研究了多種該類型的機構(gòu)，如Delta機構(gòu)、Star Like機構(gòu) 等。中國學者在少自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)的研究方面也取得了大量的研究成果(如專利申 i青號:01108297. 6 ;01113519. 0 ;03113354. 1 ;200410018623. 8 ;200510037951. 7等)。
目前基于3自由度并聯(lián)機構(gòu)機器人機構(gòu)作為定位部件，在其運動平臺串接一個2 自由度的旋轉(zhuǎn)頭而構(gòu)造出5自由度的混聯(lián)機器人，在高速加工領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應用前 景，為克服并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的定位部件存在桿件多、運動副多而導致剛度不足這一問題，需要 創(chuàng)造出滿足運動形式要求且運動副少、剛度高的新機型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、運動副數(shù)目少、 成本較低、實現(xiàn)一平動兩轉(zhuǎn)動的空間并聯(lián)機器人機構(gòu)。 本發(fā)明為解決上述問題所采用的方案是設(shè)計一種利用較少運動副實現(xiàn)一平動兩 轉(zhuǎn)動的空間并聯(lián)機器人機構(gòu)。該機構(gòu)由運動平臺1、固定平臺2和聯(lián)接上述兩平臺的三條 支鏈M3，M4，M5組成；其中支鏈M3，M4自上而下分別由一個虎克鉸Tl， T2、一個移動鉸P1， P2，一個轉(zhuǎn)動鉸R1，R2以及它們之間的連桿L1，L2，L3，L4組成；支鏈M5自上而下分別由一 個球鉸鏈Sl、一個移動鉸P3， 一個轉(zhuǎn)動鉸R3以及它們之間的連桿L5， L6組成；其中
所說的桿件L2， L4， L6分別通過移動鉸Pl， P2， P3與固定平臺2相聯(lián)接且此三個 移動鉸為機構(gòu)的驅(qū)動副，桿件L2， L4的運動軸線共線，桿件L6的運動軸線與桿件L2， L4的 運動軸線垂直； 所說的桿件Ll， L3， L5分別通過轉(zhuǎn)動鉸Rl， R2， R3與桿件L2， L4， L6相聯(lián)接，且轉(zhuǎn) 動鉸R1的軸線與移動鉸P1的軸線垂直，轉(zhuǎn)動鉸R2的軸線與移動鉸P2的軸線垂直，轉(zhuǎn)動鉸 R3的軸線與移動鉸P3的軸線垂直； 所說的桿件Ll， L3， L5分別通過虎克鉸Tl， T2和球鉸鏈Sl與運動平臺1相聯(lián)接，
3虎克鉸T1， T2上的兩個軸的軸線與運動平臺1共面，且其中一個軸線分別與轉(zhuǎn)動鉸R1， R2 的軸線平行，球鉸鏈S1的一個軸線與轉(zhuǎn)動鉸R3的軸線平行；所說的運動平臺1與固定平臺2為相似三角形，且為等腰直角三角形，并滿足虎 克鉸Tl與球鉸鏈Sl中心點的連線與虎克鉸T2與球鉸鏈Sl中心點的連線垂直；轉(zhuǎn)動鉸Rl 與轉(zhuǎn)動鉸R3中心點的連線與轉(zhuǎn)動鉸R2與轉(zhuǎn)動鉸R3中心點的連線垂直。
本發(fā)明的有益效果是 1、機構(gòu)工作平臺可實現(xiàn)一平動兩轉(zhuǎn)動的運動輸出。
2、機構(gòu)簡單、機構(gòu)關(guān)節(jié)少，運動副自由度總數(shù)只有13個。 3、可以有效的改善并聯(lián)機構(gòu)因運動副自由度過多而導致的容易發(fā)生撓曲和扭轉(zhuǎn) 變形的問題。 4、通過在運動平臺上串接一個二自由度的旋轉(zhuǎn)頭，由此可設(shè)計出五自由度的混聯(lián) 機器人，可用于復雜曲面等場合。


圖12-PRT&PRS三自由度空間并聯(lián)機器人機構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合本發(fā)明的實施例參照附圖進行詳細敘述。
具體實施方式
實施例1 利用較少運動副實現(xiàn)一平動兩轉(zhuǎn)動的空間并聯(lián)機器人機構(gòu)。該機構(gòu)由運動平臺1、 固定平臺2和聯(lián)接上述兩平臺的三條支鏈M3， M4， M5組成；其中支鏈M3， M4自上而下分別 由一個虎克鉸T1， T2、一個移動鉸P1， P2，一個轉(zhuǎn)動鉸R1， R2以及它們之間的連桿L1， L2， L3，L4組成；支鏈M5自上而下分別由一個球鉸鏈S1、一個移動鉸P3，一個轉(zhuǎn)動鉸R3以及它 們之間的連桿L5， L6組成。聯(lián)接桿件L2， L4， L6與固定平臺2的移動鉸Pl， P2， P3為機構(gòu) 的驅(qū)動副，與驅(qū)動副相鄰的轉(zhuǎn)動鉸R1， R2， R3軸線分別與驅(qū)動副軸線垂直，通過虎克鉸T1， T2和球鉸鏈Sl將桿件L1，L3，L5與運動平臺1相聯(lián)接，且虎克鉸T1，T2的兩個軸線與運動 平臺1共面，且其中一個軸線與轉(zhuǎn)動鉸R1，R2軸線平行，球鉸鏈S1的一個軸線與轉(zhuǎn)動鉸R3 軸線平行。運動平臺1與固定平臺2為相似三角形，且為等腰直角三角形，虎克鉸Tl與球 鉸鏈Sl中心點的連線與虎克鉸T2與球鉸鏈Sl中心點的連線垂直；轉(zhuǎn)動鉸Rl與轉(zhuǎn)動鉸R3 中心點的連線與轉(zhuǎn)動鉸R2與轉(zhuǎn)動鉸R3中心點的連線垂直。 如圖1所示，與固定平臺相連的移動鉸為Pl， P2， P3為驅(qū)動副，通過電機帶動滾珠 絲桿來驅(qū)動。當各驅(qū)動副在控制下運動不同的位移時，其余各轉(zhuǎn)動副、虎克鉸、球鉸鏈則在 連桿和運動平臺的拉動下，做相應的運動，從而實現(xiàn)運動平臺在工作空間內(nèi)做一平動兩轉(zhuǎn) 動運動。
權(quán)利要求
一種2-PRT&PRS三自由度空間并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于該機構(gòu)由運動平臺1、固定平臺2和聯(lián)接上述兩平臺的三條支鏈M3，M4，M5組成；其中支鏈M3，M4自上而下分別由一個虎克鉸T1，T2、一個移動鉸P1，P2，一個轉(zhuǎn)動鉸R1，R2以及它們之間的連桿L1，L2，L3，L4組成；支鏈M5自上而下分別由一個球鉸鏈S1、一個移動鉸P3，一個轉(zhuǎn)動鉸R3以及它們之間的連桿L5，L6組成；其中所說的桿件L2，L4，L6分別通過移動鉸P1，P2，P3與固定平臺相聯(lián)接，移動鉸P1，P2，P3為機構(gòu)驅(qū)動副，且桿件L2，L4的運動軸線共線，桿件L6的運動軸線與桿件L2，L4的運動軸線垂直；所說的桿件L1，L3，L5分別通過轉(zhuǎn)動鉸R1，R2，R3與桿件L2，L4，L6相聯(lián)接，且轉(zhuǎn)動鉸R1的軸線與移動鉸P1的軸線垂直，轉(zhuǎn)動鉸R2的軸線與移動鉸P2的軸線垂直，轉(zhuǎn)動鉸R3的軸線與移動鉸P3的軸線垂直；所說的桿件L1，L3，L5分別通過虎克鉸T1，T2和球鉸鏈S1與運動平臺1相聯(lián)接，虎克鉸T1，T2上的兩個軸的軸線與運動平臺1共面，且其中一個軸線分別與轉(zhuǎn)動鉸R1，R2的軸線平行，球鉸鏈S1的一個軸線與轉(zhuǎn)動鉸R3的軸線平行。
2. 如權(quán)利要求1所述的2-PRT&PRS三自由度空間并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于，所說的 運動平臺1與固定平臺2為相似三角形，且為等腰直角三角形，并滿足虎克鉸Tl中心點與 球鉸鏈Sl中心點的連線與虎克鉸T2中心點與球鉸鏈Sl中心點的連線垂直；轉(zhuǎn)動鉸Rl中 心點與轉(zhuǎn)動鉸R3中心點的連線與轉(zhuǎn)動鉸R2中心點與轉(zhuǎn)動鉸R3中心點的連線垂直。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三自由度空間并聯(lián)機器人機構(gòu)。該機構(gòu)由運動平臺、固定平臺和聯(lián)接上述兩平臺的三條支鏈組成，其中兩條支鏈結(jié)構(gòu)相同，自上而下分別由一個胡克鉸、一個轉(zhuǎn)動鉸、一個移動鉸，以及它們之間的連桿組成，另一條支鏈自上而下分別由一個球鉸鏈、一個轉(zhuǎn)動鉸、一個移動鉸，以及它們之間的連桿組成。本發(fā)明的機構(gòu)其工作平臺可實現(xiàn)一平動兩轉(zhuǎn)動的運動輸出；該機構(gòu)關(guān)節(jié)少，運動副自由度總數(shù)只有13個，使得它可以有效的改善并聯(lián)機構(gòu)因運動副自由度過多而導致的容易發(fā)生撓曲和扭轉(zhuǎn)變形的問題。另外通過在運動平臺上串接一個二自由度的旋轉(zhuǎn)頭，由此可設(shè)計出五自由度的混聯(lián)機器人，可用于高速加工等場合。
文檔編號B25J9/08GK101704242SQ20091022832
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者李彬, 趙新華, 魏璇 申請人:天津理工大學