專利名稱：一種一移兩轉(zhuǎn)三自由度解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別是一種并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)為空間多自由度多環(huán)閉鏈形式。自上世紀(jì)八十年代以來(lái)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)因其具有剛度高、承載能力大、累積誤差小、動(dòng)態(tài)特性好、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)而在虛擬軸機(jī)床、微動(dòng)操作臺(tái)、各種運(yùn)動(dòng)模擬器以及力與力矩傳感器等行業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有2、3、4、5或6個(gè)自由度。目前，對(duì)6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究較為全面和深入，在工業(yè)中也應(yīng)用得更為廣泛。但機(jī)構(gòu)自由度的減少將使得機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，制造和控制成本相對(duì)較低，故在滿足預(yù)期工作要求的情況下，少自由度并聯(lián)機(jī)器人有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)工作空間較小，運(yùn)動(dòng)之間存在強(qiáng)的耦合性，控制難度較大，這限制了并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)中的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。而如果機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦，則其工作空間將擴(kuò)大，并且控制容易，可以達(dá)到更高的運(yùn)動(dòng)精度，對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制、軌跡規(guī)劃及標(biāo)定等均具有重要意義。國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局2010年11月10日授權(quán)的實(shí)用新型專利“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)”(CN 201625978 U)，該機(jī)構(gòu)包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接靜、 動(dòng)平臺(tái)的三條支路，其各支路分別由移動(dòng)副和萬(wàn)向鉸、依次連接的兩轉(zhuǎn)動(dòng)副和萬(wàn)向鉸以及依次連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副、萬(wàn)向鉸和球副組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本高；并且，機(jī)構(gòu)雅可比矩陣為下三角陣，故機(jī)構(gòu)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)之間僅為部分解耦，并非真正意義上的完全解耦，機(jī)構(gòu)的控制與標(biāo)定仍較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有運(yùn)動(dòng)解耦、組成簡(jiǎn)單和易于控制等特點(diǎn)的一移兩轉(zhuǎn)三自由度解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。本發(fā)明主要包括固定基座、動(dòng)平臺(tái)和連接固定基座與動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)分支，其中，第一個(gè)分支由一個(gè)移動(dòng)副、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)連桿組成，一個(gè)連桿的一端通過(guò)移動(dòng)副與固定基座相連，另一個(gè)連桿的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連，上述兩個(gè)連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，此分支中兩轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互垂直，連接兩連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與移動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)方向垂直；第二個(gè)分支由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)圓柱副和三個(gè)連桿組成， 分支中第一個(gè)連桿的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與固定基座相連，其另一端通過(guò)圓柱副與第二個(gè)連桿的一端相連，該第二個(gè)連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿的一端相連，該第三個(gè)連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連，此分支中圓柱副軸線與和固定基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直，且與其它兩轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行；第三個(gè)分支由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)圓柱副和三個(gè)連桿組成， 第一個(gè)連桿的一端通過(guò)圓柱副與固定基座相連，其另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二個(gè)連桿的一端相連，該第二個(gè)連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿的一端相連，該第三個(gè)連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連，此分支中圓柱副軸線與和動(dòng)平臺(tái)相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直，而與其它兩轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行；上述三個(gè)分支與動(dòng)平臺(tái)相連的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)具有一個(gè)移動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，并且機(jī)構(gòu)雅可比矩陣為對(duì)角陣，運(yùn)動(dòng)解耦，故機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)靈活性高，控制系統(tǒng)易于開(kāi)發(fā)，標(biāo)定更為簡(jiǎn)便。


圖1為本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式在圖1所示的一種一移二轉(zhuǎn)三自由度解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)立體示意簡(jiǎn)圖中，三個(gè)分支的一端均與固定基座1連接，其另一端均與動(dòng)平臺(tái)2連接。其中，第一個(gè)分支由兩個(gè)連桿、一個(gè)移動(dòng)副和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，連桿4的一端通過(guò)移動(dòng)副3與固定基座相連，其另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副5與連桿6的一端相連，連桿6的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副7與動(dòng)平臺(tái)相連，此分支中轉(zhuǎn)動(dòng)副5與轉(zhuǎn)動(dòng)副7軸線相互垂直，且轉(zhuǎn)動(dòng)副5的軸線與移動(dòng)副3的運(yùn)動(dòng)方向垂直；第二個(gè)分支是由三個(gè)連桿、一個(gè)圓柱副和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，連桿9的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副8與固定基座相連，其另一端通過(guò)圓柱副10與連桿11的一端相連，連桿11的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副12與連桿13的一端相連，連桿13的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副14與動(dòng)平臺(tái)相連，此分支中圓柱副10軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副8軸線垂直，且與轉(zhuǎn)動(dòng)副12和轉(zhuǎn)動(dòng)副14軸線平行；第三個(gè)分支由三個(gè)連桿、一個(gè)圓柱副和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，連桿16的一端通過(guò)圓柱副15與固定基座相連，其另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副17與連桿18的一端相連，連桿18的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副19與連桿20的一端相連，連桿20的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副21與動(dòng)平臺(tái)相連，此分支中圓柱副15軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副21軸線垂直，而與轉(zhuǎn)動(dòng)副17和轉(zhuǎn)動(dòng)副19軸線平行；上述三個(gè)分支分別與動(dòng)平臺(tái)相連的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互平行。
權(quán)利要求
1. 一種一移兩轉(zhuǎn)三自由度解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括固定基座、動(dòng)平臺(tái)和連接固定基座與動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)分支，其特征在于該三個(gè)分支中，第一個(gè)分支由一個(gè)移動(dòng)副、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)連桿組成，一個(gè)連桿的一端通過(guò)移動(dòng)副與固定基座相連，另一個(gè)連桿的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連，上述兩個(gè)連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，此分支中兩轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互垂直，連接兩連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與移動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)方向垂直；第二個(gè)分支由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)圓柱副和三個(gè)連桿組成，分支中第一個(gè)連桿的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與固定基座相連，其另一端通過(guò)圓柱副與第二個(gè)連桿的一端相連，該第二個(gè)連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿的一端相連，該第三個(gè)連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連，此分支中圓柱副軸線與和固定基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直，且與其它兩轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行；第三個(gè)分支由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)圓柱副和三個(gè)連桿組成，第一個(gè)連桿的一端通過(guò)圓柱副與固定基座相連，其另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二個(gè)連桿的一端相連，該第二個(gè)連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿的一端相連，該第三個(gè)連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連，此分支中圓柱副軸線與和動(dòng)平臺(tái)相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直，而與其它兩轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行；上述三個(gè)分支與動(dòng)平臺(tái)相連的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。
全文摘要
一種一移兩轉(zhuǎn)三自由度解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其主要包括固定基座、動(dòng)平臺(tái)和連接它們的三個(gè)分支。其中，第一分支所含兩連桿以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，該轉(zhuǎn)動(dòng)副與和動(dòng)平臺(tái)相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直，且與和固定基座相連的移動(dòng)副方向垂直；第二分支所含三連桿以軸線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副和圓柱副相連，且圓柱副軸線與和固定基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直，并與和動(dòng)平臺(tái)相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行；第三分支所含三連桿以軸線平行的兩轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，且與固定基座以圓柱副相連，圓柱副軸線與和動(dòng)平臺(tái)相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直，并與其它兩轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行；機(jī)構(gòu)三個(gè)分支與動(dòng)平臺(tái)相連的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。本發(fā)明具有運(yùn)動(dòng)解耦、動(dòng)平臺(tái)靈活性高、控制系統(tǒng)易于開(kāi)發(fā)、標(biāo)定更為簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J9/08GK102431028SQ20111033446
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月30日
發(fā)明者侯雨雷, 盧文娟, 曾達(dá)幸 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)