專利名稱：一種完全解耦的一移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)器人、機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種完全解耦的一移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng) 三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)構(gòu)指通過兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立運(yùn)動(dòng)支鏈連接運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及定平臺(tái)，并控制運(yùn) 動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)機(jī)構(gòu)。相對(duì)于串聯(lián)機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、承載能力強(qiáng)、精度高、自重 負(fù)荷比小等優(yōu)點(diǎn)。而少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)相對(duì)于6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)來說，又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造 價(jià)低、運(yùn)動(dòng)學(xué)求解相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。因而少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)機(jī)器人、虛軸數(shù)控并聯(lián)機(jī) 床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、運(yùn)動(dòng)模擬器及醫(yī)用機(jī)器人等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于一般的并聯(lián)機(jī)構(gòu)來說，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合性都很強(qiáng)，如著名的Delta機(jī)構(gòu)，該機(jī) 構(gòu)由12個(gè)球副、3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和14個(gè)桿件組成，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)學(xué)求解繁瑣。而后，美國(guó) 學(xué)者Tsai在Delta機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型三維移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)相對(duì)于前者 簡(jiǎn)單，但是其運(yùn)動(dòng)學(xué)求解為八次，耦合性較強(qiáng)，使得在軌跡規(guī)劃和精度控制方面非常困難。相對(duì)于其他三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，對(duì)一移動(dòng)二轉(zhuǎn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究較少，有學(xué) 者提出了 3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但其耦合性較強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)求解較復(fù)雜，設(shè)計(jì)加工困難，并且一些自 由度的運(yùn)動(dòng)是瞬時(shí)的。因此，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)學(xué)解耦性好且運(yùn)動(dòng)性能高的并聯(lián)機(jī)構(gòu)已成為該領(lǐng)域研 究的新課題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種完全解耦的一移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)， 可用于并聯(lián)機(jī)器人、虛軸數(shù)控機(jī)床、運(yùn)動(dòng)模擬器、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī) 構(gòu)運(yùn)動(dòng)求解較復(fù)雜、設(shè)計(jì)加工困難、運(yùn)動(dòng)學(xué)解耦性不好的問題。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種完全解耦的一移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度空間并 聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)的三條支路，第一條支路包括從靜平臺(tái) 到動(dòng)平臺(tái)通過構(gòu)件連接的移動(dòng)副和萬(wàn)向鉸a，第二條支路包括從靜平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)通過構(gòu)件 依次連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副a、轉(zhuǎn)動(dòng)副b和萬(wàn)向鉸b，第三條支路包括從靜平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)通過構(gòu)件依 次連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副C、萬(wàn)向鉸c和球副。本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，其中的第一條支路與靜平臺(tái)的連接點(diǎn)為直角頂點(diǎn)；其中的第一條支路與第二條支路構(gòu)成一個(gè)平面，萬(wàn)向鉸a的軸線b與萬(wàn)向鉸b的 軸線d同軸，萬(wàn)向鉸a的軸線a、萬(wàn)向鉸b的軸線C、轉(zhuǎn)動(dòng)副a的軸線以及轉(zhuǎn)動(dòng)副b的軸線互 相平行，且萬(wàn)向鉸a的軸線a、萬(wàn)向鉸b的軸線C、轉(zhuǎn)動(dòng)副a的軸線以及轉(zhuǎn)動(dòng)副b的軸線都垂 直于第一支路與第二支路構(gòu)成的平面。本實(shí)用新型的有益效果是[0012](1)本機(jī)構(gòu)中的動(dòng)平臺(tái)具有一維移動(dòng)兩維轉(zhuǎn)動(dòng)輸出，且非期望輸出運(yùn)動(dòng)為常數(shù)；(2)本機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣為下三角陣，運(yùn)動(dòng)輸入-輸出間可實(shí)現(xiàn)完全解耦的控制 關(guān)系；(3)本機(jī)構(gòu)中的動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)能力強(qiáng)；(4)本機(jī)構(gòu)主動(dòng)副位于靜平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)慣性小，動(dòng)態(tài)性能好；(5)本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好。綜上所述，本實(shí)用新型技術(shù)方案具有較高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，為并聯(lián) 機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域提供了 一種新機(jī)型。

圖1是本實(shí)用新型完全解耦的一移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意 圖。圖中，1.移動(dòng)副，2.萬(wàn)向鉸a，3.轉(zhuǎn)動(dòng)副a，4.轉(zhuǎn)動(dòng)副b，5.萬(wàn)向鉸b，6.轉(zhuǎn)動(dòng)副c， 7.萬(wàn)向鉸c，8.球副，9.靜平臺(tái)，10.動(dòng)平臺(tái)，11.軸線a，12.軸線b，13.軸線c，14.軸線d。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)用新型完全解耦的一移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，如圖1所 示，包括靜平臺(tái)9、動(dòng)平臺(tái)10和連接靜平臺(tái)9與動(dòng)平臺(tái)10的三條支路，第一條支路包括從靜 平臺(tái)9到動(dòng)平臺(tái)10通過構(gòu)件連接的移動(dòng)副1和萬(wàn)向鉸a2，第二條支路包括從靜平臺(tái)9到 動(dòng)平臺(tái)10通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副a3、轉(zhuǎn)動(dòng)副b4和萬(wàn)向鉸b5，第三條支路包括從靜平 臺(tái)9到動(dòng)平臺(tái)10通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副c6、萬(wàn)向鉸c7和球副8。第一條支路與靜平 臺(tái)9的連接點(diǎn)為直角頂點(diǎn)；第一條支路與第二條支路構(gòu)成一個(gè)平面回路，萬(wàn)向鉸a2的軸線 bl2與萬(wàn)向鉸b5的軸線dl4同軸，萬(wàn)向鉸a2的軸線all、萬(wàn)向鉸b5的軸線cl3、轉(zhuǎn)動(dòng)副a3 的軸線以及轉(zhuǎn)動(dòng)副b4的軸線互相平行，且萬(wàn)向鉸a2的軸線all、萬(wàn)向鉸b5的軸線cl3、轉(zhuǎn) 動(dòng)副a3的軸線以及轉(zhuǎn)動(dòng)副b4的軸線都垂直于第一支路與第二支路構(gòu)成的平面。工作時(shí)，控制位于靜平臺(tái)9上的移動(dòng)副1、轉(zhuǎn)動(dòng)副a3和轉(zhuǎn)動(dòng)副c6的輸入，動(dòng)平臺(tái) 10即可實(shí)現(xiàn)一移動(dòng)和兩轉(zhuǎn)動(dòng)輸出，移動(dòng)自由度是動(dòng)平臺(tái)10可在垂直方向移動(dòng)，其中一個(gè)轉(zhuǎn) 動(dòng)自由度是動(dòng)平臺(tái)10可以繞萬(wàn)向鉸a2和萬(wàn)向鉸b5的連線方向(萬(wàn)向鉸a2的軸線bl2和 萬(wàn)向鉸b5的軸線dl4與此連線共線)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度是動(dòng)平臺(tái)10可以繞萬(wàn) 向鉸a2的軸線all的方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。本機(jī)構(gòu)所述的三個(gè)位于靜平臺(tái)9上的主動(dòng)副移動(dòng)副 1、轉(zhuǎn)動(dòng)副a3和轉(zhuǎn)動(dòng)副c6采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，將刀具、操作手安裝在動(dòng)平臺(tái)上，便可作為數(shù)控機(jī) 床、機(jī)器人和測(cè)量機(jī)的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求一種完全解耦的一移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)(9)、動(dòng)平臺(tái)(10)和連接靜平臺(tái)(9)與動(dòng)平臺(tái)(10)的三條支路，第一條支路包括從靜平臺(tái)(9)到動(dòng)平臺(tái)(10)通過構(gòu)件連接的移動(dòng)副(1)和萬(wàn)向鉸a(2)，第二條支路包括從靜平臺(tái)(9)到動(dòng)平臺(tái)(10)通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副a(3)、轉(zhuǎn)動(dòng)副b(4)和萬(wàn)向鉸b(5)，第三條支路包括從靜平臺(tái)(9)到動(dòng)平臺(tái)(10)通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副c(6)、萬(wàn)向鉸c(7)和球副(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的完全解耦的一移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在 于，所述的第一條支路與靜平臺(tái)(9)的連接點(diǎn)為直角頂點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的完全解耦的一移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征 在于，所述的第一條支路與第二條支路構(gòu)成一個(gè)平面，萬(wàn)向鉸a(2)的軸線b(12)與萬(wàn)向鉸 b(5)的軸線d(14)同軸，萬(wàn)向鉸a(2)的軸線a(ll)、萬(wàn)向鉸b (5)的軸線c (13)、轉(zhuǎn)動(dòng)副a(3) 的軸線以及轉(zhuǎn)動(dòng)副b(4)的軸線互相平行，且萬(wàn)向鉸a(2)的軸線a(ll)、萬(wàn)向鉸b(5)的軸線 c (13)、轉(zhuǎn)動(dòng)副a (3)的軸線以及轉(zhuǎn)動(dòng)副b (4)的軸線都垂直于第一支路與第二支路構(gòu)成的平
專利摘要本實(shí)用新型公開的一種完全解耦的一移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)的三條支路，第一條支路包括從靜平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)通過構(gòu)件連接的移動(dòng)副和萬(wàn)向鉸a，第二條支路包括從靜平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副a、轉(zhuǎn)動(dòng)副b和萬(wàn)向鉸b，第三條支路包括從靜平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副c、萬(wàn)向鉸c和球副。本實(shí)用新型完全解耦的一移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可用于并聯(lián)機(jī)器人、虛軸數(shù)控機(jī)床、運(yùn)動(dòng)模擬器、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)求解較復(fù)雜、設(shè)計(jì)加工困難、運(yùn)動(dòng)學(xué)解耦性不好的問題。
文檔編號(hào)B25J9/08GK201625978SQ200920317010
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者何強(qiáng), 劉麗蘭, 劉宏昭, 張彥斌, 范彩霞 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)