專利名稱：一種新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，尤其是一種基于球面副的內(nèi)凹形三自由度欠驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一種很重要的少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其動平臺可以實現(xiàn)三自由度運動。和串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力好、運動精度高、機(jī)構(gòu)剛度好等特點。欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)是指控制出入小于系統(tǒng)自由度的機(jī)構(gòu)，欠驅(qū)動機(jī)器人是一種含有欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)的機(jī)器人，由于其具有體積小、重量輕、成本低、能耗低、靈活性高等特點，因此引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注，成為機(jī)器人領(lǐng)域研究的新熱點。比如機(jī)器人要能在工作空間中實現(xiàn)任意的位姿至少需要六個自由度，在手腕或腰部往往需要三個自由度，現(xiàn)在工業(yè)上應(yīng)用的機(jī)器人多為串聯(lián)機(jī)器人，雖然串聯(lián)機(jī)器人工作空間比較大但是存在一些先天的缺陷，例如剛度比較小，承載能力小，精度低，運動慣量大，在一些要求精密的場合受到了很大限制。再者因為各關(guān)節(jié)的重量問題，嚴(yán)重影響了末端執(zhí)行器的承載能力，而驅(qū)動單元重量占了各關(guān)節(jié)重量的一大半。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，可靠，體積小、機(jī)構(gòu)緊湊、剛度好、重量輕，成本低，易于加工，易于裝配。該裝置適用于并聯(lián)機(jī)器人、微動機(jī)器人等。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是
本新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，含有一個基座、一個動平臺、三條結(jié)構(gòu)相同軸對稱均勻布置的運動支鏈，兩個驅(qū)動動力源和一個位置檢測裝置。其特征在于法蘭盤用于和其他裝置連接，動平臺呈內(nèi)凹形，基座通過三條支鏈連接動平臺，其中有兩條支鏈具有動力源，另一條支鏈有一個旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測連桿的旋轉(zhuǎn)角度，動平臺可以做三自由度的運動。其中條驅(qū)動支鏈電機(jī)和減速器連接在一起通過螺栓固定在電機(jī)支撐座上，主動連桿一端經(jīng)過套筒通過平鍵和減速器輸出軸連接在一起另一端和從動連桿通過轉(zhuǎn)動副相連，從動連桿另一端通過球面副和動平臺連接桿相連，動平臺連接桿通過螺釘和動平臺固定在一起，構(gòu)成第一條支鏈；另一條驅(qū)動支鏈完全相同，第三條支鏈編碼器支撐座通過螺釘固定在法蘭盤上，編碼器軸通過聯(lián)軸器和下連桿連接在一起其余部分和第一條支鏈完全相同，三個動平臺連桿成120°均勻分布，電機(jī)支撐座與電機(jī)支撐座與編碼器支撐座間隔120°。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括一個基座、一個動平臺，三條結(jié)構(gòu)相同軸對稱均勻布置的運動支鏈、兩個動力源和一個位置檢測裝置。其特征在于三條運動支鏈分別與動平臺活動連接，這樣不僅便于加工裝配而且運動靈活；動平臺朝基座方向下沉，呈內(nèi)凹形，這可以使結(jié)構(gòu)更加緊湊并增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的剛度；所述兩個電機(jī)的直接驅(qū)動兩條運動支鏈，構(gòu)成三條運動支鏈為欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)使動平臺作三自由度運動，降低成本并減少了機(jī)構(gòu)的重量；所述位置檢測裝置與欠驅(qū)動的運動支鏈連接，實現(xiàn)位置檢測。所述基座的結(jié)構(gòu)是兩個電機(jī)支撐座和一個旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座分別通過螺釘固定在一個法蘭盤上表面，所述兩個電機(jī)支撐座和旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座均間隔120°。所述動平臺與三條運動支鏈活動鏈接的結(jié)構(gòu)是第一、第二和第三三根動平臺連桿一端分別通過螺釘固定在動平臺下表面，三根動平臺連桿成120°周向均勻分布，三根動平臺連桿另一端分別通過第一、第二和第三球面副與所述三條支鏈的連桿連接，使動平臺呈內(nèi)懸置凹形。所述三條運動支鏈的結(jié)構(gòu)是一根第一主動連桿和一根第一從動連桿通過一個第一轉(zhuǎn)動副串聯(lián)，構(gòu)成三個支鏈中第一支鏈，該第一支鏈的一端經(jīng)過一個第一套筒通過平鍵與一個第一減速器輸出軸連接，該第一支鏈的另一端通過所述第一球面副與第一動平臺連桿連接；一根第二主動連桿和一根第二從動連桿通過一個第二轉(zhuǎn)動副串聯(lián)，構(gòu)成三條支鏈中第二支鏈，該第二支鏈的一端經(jīng)過一個第二套筒通過平鍵與一個第二減速器輸出軸連接，該第二支鏈的另一端通過一個第二球面副與第二動平臺連桿連接；第三支鏈?zhǔn)且桓鬟B桿和一個次連桿通過一個第三轉(zhuǎn)動副串聯(lián)，該第三支鏈的一端通過一個聯(lián)軸器與一個旋轉(zhuǎn)編碼器軸連接，該第三支鏈的另一端通過一個第三球面副與第三動平臺連桿連接。所述兩個動力源結(jié)構(gòu)為第一和第二兩個電機(jī)分別和第一第二兩個減速器連接在一起并分別通過螺栓連接固定在第一和第二兩個電機(jī)支撐座上，該兩個減速器輸出軸分別經(jīng)過第一和第二兩個套筒通過平鍵與第一和第二兩個支鏈中的第一個和第二兩個主動連桿連接。所述位置檢測裝置結(jié)構(gòu)為所述旋轉(zhuǎn)編碼器通過螺栓連接固定在一個旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座上，所述旋轉(zhuǎn)編碼器軸通過所述聯(lián)軸器和所述主連桿連接。本發(fā)明的有益效果是制造裝配更加容易，精度高，剛度好，體積更小結(jié)構(gòu)更加緊湊，成本低，重量更小。


圖1是新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)的俯視圖。圖2是圖1的A向視圖(順時針轉(zhuǎn)120° )。圖3是圖1的B向視圖(順時針轉(zhuǎn)120° )。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合附圖詳述如下實施例一
參見圖1一圖3，本新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括一個基座、一個動平臺(11)，三條結(jié)構(gòu)相同軸對稱均勻布置的運動支鏈、兩個動力源和一個位置檢測裝置，其特征在于三條運動支鏈分別與動平臺(11)活動連接，這樣不僅便于加工裝配而且運動靈活；動平臺(11)朝基座方向下沉，呈內(nèi)凹形，這可以使結(jié)構(gòu)更加緊湊并增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的剛度；所述兩個電機(jī)(3、21)的直接驅(qū)動兩條運動支鏈，構(gòu)成三條運動支鏈為欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)使動平臺(11)作三自由度運動，降低成本并減少了機(jī)構(gòu)的重量；所述位置檢測裝置與欠驅(qū)動的運動支鏈連接，實現(xiàn)位
4置檢測。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于所述基座的結(jié)構(gòu)是兩個電機(jī)支撐座(2、20)和一個旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)分別通過螺釘固定在一個法蘭盤(1)上表面，所述兩個電機(jī)支撐座(2、20)和旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)均間隔120°。所述動平臺(11)與三條運動支鏈活動連接的結(jié)構(gòu)是第一、第二和第三三根動平臺連桿(10、觀、19) 一端分別通過螺釘固定在動平臺(11)下表面，三根動平臺連桿(10、觀、19)成120°周向均勻分布，三根動平臺連桿(10、觀、19)另一端分別通過第一、第二和第三球面副(9、27、18)與所述三條支鏈的連桿(8、26、17)連接，使動平臺呈內(nèi)懸置凹形。所述三條運動支鏈的結(jié)構(gòu)是一根第一主動連桿(6)和一根第一從動連桿(8)通過一個第一轉(zhuǎn)動副(7)串聯(lián)，構(gòu)成三個支鏈中第一支鏈，該第一支鏈的一端經(jīng)過一個第一套筒(5)通過平鍵與一個第一減速器(4)輸出軸連接，該第一支鏈的另一端通過所述第一球面副(9)與第一動平臺連桿(10)連接；一根第二主動連桿04)和一根第二從動連桿(26)通過一個第二轉(zhuǎn)動副(25)串聯(lián)，構(gòu)成三條支鏈中第二支鏈，該第二支鏈的一端經(jīng)過一個第二套筒(23)通過平鍵與一個第二減速器(22)輸出軸連接，該第二支鏈的另一端通過一個第二球面副(27)與第二動平臺連桿(28)連接；第三支鏈?zhǔn)且桓鬟B桿(15)和一根次連桿(17)通過一個第三轉(zhuǎn)動副(16)串聯(lián)，該第三支鏈的一端通過一個聯(lián)軸器(14)與一個旋轉(zhuǎn)編碼器(13)軸連接，該第三支鏈的另一端通過第三球面副(18)與第三動平臺連桿(19)連接。所述兩個動力源結(jié)構(gòu)為第一和第二兩個電機(jī)(3、21)分別和第一和第二兩個減速器(4、22)連接在一起并分別通過螺栓連接固定在第一和第二電機(jī)支撐座(2、20)上，該兩個減速器(4、22)輸出軸分別經(jīng)過第一和第二兩個套筒(5、25)通過平鍵與第一和第二兩個支鏈中的第一和第二兩個主動連桿(6、24)連接。所述位置檢測裝置結(jié)構(gòu)為所述旋轉(zhuǎn)編碼器(13)通過螺栓連接固定在一個旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)上，所述旋轉(zhuǎn)編碼器(13)軸通過所述聯(lián)軸器(14)和所述主連桿(15)連接。實施例三
如圖1一3所示，本新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)第一電機(jī)(3)和第二電機(jī)(21)分別和第一減速器(4)和第二減速器(22)連接在一起并分別通過螺栓連接固定在第一電機(jī)支撐座(2)和第二電機(jī)支撐座(20)上，旋轉(zhuǎn)編碼器(13)通過螺栓連接固定在旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)上，第一電機(jī)支撐座(2)、第二電機(jī)支撐座(20)和旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)分別通過螺釘固定在法蘭盤(1)上表面，第一電機(jī)支撐座(2)、第二電機(jī)支撐座(20)和旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)均間隔120°。第一、第二、第三三根動平臺連桿(10、觀、19) 一端分別通過螺釘固定在動平臺(11)下表面，三根動平臺連桿(10、觀、19)成120°周向均勻分布，動平臺呈內(nèi)凹形。第一主動連桿(6)和第一從動連桿(8)通過第一轉(zhuǎn)動副(7)串聯(lián)，構(gòu)成三個支鏈中第一支鏈，該第一支鏈的一端經(jīng)過第一套筒(5)通過平鍵與第一減速器(4)輸出軸連接，該第一支鏈的另一端通過第一球面副(9)與第一動平臺連桿(10)連接；第二主動連桿04)和第二從動連桿(26)通過第二轉(zhuǎn)動副(25)串聯(lián)，構(gòu)成三個支鏈中第二支鏈，該第二支鏈的一端經(jīng)過第二套筒(23)通過平鍵與第二減速器(22)輸出軸連接，該第二支鏈的另一端通過第二球面副(27)與第二動平臺連桿(28)連接；第三條支鏈主連桿(15)和次連桿(17)通過第三轉(zhuǎn)動副(16)串聯(lián)，該支鏈的一端通過聯(lián)軸器(14)與旋轉(zhuǎn)編碼器(13)軸連接，該第三支鏈的另一端通過第三球面副(18)與第三動平臺連桿(19)連接。
本實施例的工作原理為兩個電機(jī)(3、21)經(jīng)過兩個減速器(4、22)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的第一和第二支鏈運動，帶動動平臺運動，動平臺從而帶動第三個支鏈運動，旋轉(zhuǎn)編碼器(13)檢測第三支鏈的連桿(15)的轉(zhuǎn)角，同時該傳感器將該值傳給計算機(jī)，計算機(jī)根據(jù)這個值計算機(jī)構(gòu)的逆運動學(xué)，求解出期望的兩個電機(jī)的輸入值，然后交給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)進(jìn)而控制電機(jī)的輸入，以達(dá)到動平臺的期望位置，從而實現(xiàn)對機(jī)構(gòu)的控制。
權(quán)利要求
1.一種新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括一個基座、一個動平臺(11)，三條結(jié)構(gòu)相同軸對稱均勻布置的運動支鏈、兩個動力源和一個位置檢測裝置，其特征在于三條運動支鏈分別與動平臺(11)活動連接，這樣不僅便于加工裝配而且運動靈活；動平臺(11)朝基座方向下沉，呈內(nèi)凹形，這可以使結(jié)構(gòu)更加緊湊并增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的剛度；所述兩個電機(jī)(3、21)的直接驅(qū)動兩條運動支鏈，構(gòu)成三條運動支鏈為欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)使動平臺(11)作三自由度運動，降低成本并減少了機(jī)構(gòu)的重量；所述位置檢測裝置與欠驅(qū)動的運動支鏈連接，實現(xiàn)位置檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述基座的結(jié)構(gòu)是兩個電機(jī)支撐座(2、20)和一個旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)分別通過螺釘固定在一個法蘭盤(1)上表面，所述兩個電機(jī)支撐座(2、20)和旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)均間隔120°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述動平臺(11)與三條運動支鏈活動連接的結(jié)構(gòu)是第一、第二和第三三根動平臺連桿(10、觀、19) 一端分別通過螺釘固定在動平臺(11)下表面，三根動平臺連桿(10、觀、19)成120°周向均勻分布，三根動平臺連桿(10、觀、19)另一端分別通過第一、第二和第三球面副(9、27、18)與所述三條支鏈的連桿(8、26、17)連接，使動平臺呈內(nèi)懸置凹形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述三條運動支鏈的結(jié)構(gòu)是一根第一主動連桿(6)和一根第一從動連桿(8)通過一個第一轉(zhuǎn)動副(7)串聯(lián)，構(gòu)成三個支鏈中第一支鏈，該第一支鏈的一端經(jīng)過一個第一套筒(5)通過平鍵與一個第一減速器(4)輸出軸連接，該第一支鏈的另一端通過所述第一球面副(9)與第一動平臺連桿(10)連接；一根第二主動連桿04)和一根第二從動連桿(26)通過一個第二轉(zhuǎn)動副(25)串聯(lián)，構(gòu)成三條支鏈中第二支鏈，該第二支鏈的一端經(jīng)過一個第二套筒(23)通過平鍵與一個第二減速器(22)輸出軸連接，該第二支鏈的另一端通過一個第二球面副(27)與第二動平臺連桿(28)連接；第三支鏈?zhǔn)且桓鬟B桿(15)和一根次連桿(17)通過一個第三轉(zhuǎn)動副(16)串聯(lián)，該第三支鏈的一端通過一個聯(lián)軸器(14)與一個旋轉(zhuǎn)編碼器(13)軸連接，該第三支鏈的另一端通過第三球面副(18 )與第三動平臺連桿(19 )連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述兩個動力源結(jié)構(gòu)為第一和第二兩個電機(jī)(3、21)分別和第一和第二兩個減速器(4、22)連接在一起并分別通過螺栓連接固定在第一和第二電機(jī)支撐座(2、20)上，該兩個減速器(4、22)輸出軸分別經(jīng)過第一和第二兩個套筒(5、25)通過平鍵與第一和第二兩個支鏈中的第一和第二兩個主動連桿(6、24)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述位置檢測裝置結(jié)構(gòu)為所述旋轉(zhuǎn)編碼器(13)通過螺栓連接固定在一個旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)上，所述旋轉(zhuǎn)編碼器(13)軸通過所述聯(lián)軸器(14)和所述主連桿(15)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型三自由度欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)。它包括一個基座、一個動平臺、三條結(jié)構(gòu)完全相同呈軸對稱分布的支鏈、兩個動力源和一個位置檢測裝置。三條支鏈分別和動平臺活動連接，動平臺朝基座方向下沉，呈內(nèi)凹形，兩個驅(qū)動動力源直接驅(qū)動兩條運動支鏈，構(gòu)成三條運動支鏈為欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使動平臺作三自由度運動；位置檢測裝置與欠驅(qū)動的運動支鏈連接，實現(xiàn)位置檢測。該發(fā)明易于加工裝配，運動靈活，結(jié)構(gòu)緊湊且剛度好，采用欠驅(qū)動的方式，降低了成本減少了手腕部分的重量，可以用于并聯(lián)機(jī)器人、微動機(jī)器人等場合。
文檔編號B25J9/08GK102554914SQ20121000281
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者何斌, 劉麗蘭, 呂海峰, 曹進(jìn)濤, 李靜, 楊浩, 沈南燕, 田應(yīng)仲, 胡小梅, 蔡紅霞 申請人:上海大學(xué)