專利名稱：轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機器人領(lǐng)域，特別是轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的六自由度機構(gòu)分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種類型。串聯(lián)式機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、運動靈活、工作空間大等優(yōu)點，但由于機構(gòu)是串聯(lián)連接且需要在關(guān)節(jié)處安裝驅(qū)動電機而造成其具有機械臂重量大、轉(zhuǎn)動慣量大、誤差累積大等不足。相對串聯(lián)機構(gòu)來講，并聯(lián)式機構(gòu)是由多條運動支鏈共同驅(qū)動動平臺來實現(xiàn)其末端執(zhí)行器的位姿輸出，因而此類機構(gòu)具有精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、承載能力強等優(yōu)點，同時也具有結(jié)構(gòu)復雜，控制困難等缺點。混聯(lián)式機構(gòu)是采用并聯(lián)與串聯(lián)結(jié)合的方式來實現(xiàn)機構(gòu)的運動，但由于其串聯(lián)部分仍需將驅(qū)動安裝在機構(gòu)關(guān)節(jié)上，所以機構(gòu)的運動學和動力學性能較差。US. Patent No. 4976582公開了一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動空間四自由度機構(gòu)，該機械手采用外轉(zhuǎn)動副驅(qū)動和平行四邊形支鏈結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)末端執(zhí)行器的高速3維平動，同時還在動靜平臺間設置兩端帶有虎克鉸鏈的可伸縮轉(zhuǎn)軸，以實現(xiàn)末端執(zhí)行器的單自由度轉(zhuǎn)動。此機構(gòu)是在三平移并聯(lián)機構(gòu)上串聯(lián)一個單自由度機構(gòu)來實現(xiàn)其轉(zhuǎn)動輸出從而實現(xiàn)空間四自由度運動，但發(fā)明人巧妙的將本應在動平臺上安裝的電機安裝在機架上。本實用新型為實現(xiàn)空間六自由度運動而首次將機構(gòu)設計成三維平動并聯(lián)機構(gòu)上串聯(lián)三維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，且本機構(gòu)的六臺驅(qū)動電機全部安裝在機架上，平動自由度與轉(zhuǎn)動自由度可實現(xiàn)獨立控制。本實用新型解決了六自由度并聯(lián)機構(gòu)運動學正、逆解困難，控制困難等問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)，可解決六自由度串聯(lián)機構(gòu)剛性差、慣量大、關(guān)節(jié)誤差累積等問題和六自由度并聯(lián)機構(gòu)運動學正、逆解困難，控制困難等問題。本實用新型通過以下技術(shù)方案達到上述目的轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)，包括機架、第一運動支鏈、第二運動支鏈、第三運動支鏈、第四運動支鏈、第五運動支鏈、第六運動支鏈、平動臺以及球面運動鏈。所述第一運動支鏈由第一伺服電機、第一主動桿、第一連桿和第二連桿組成，安裝在機架上的第一伺服電機通過第一轉(zhuǎn)動副驅(qū)動第一主動桿運動，第一主動桿通過第一虎克鉸(或球面副)和第二虎克鉸(或球面副)帶動第一連桿和第二連桿運動，第一連桿和第二連桿通過第三虎克鉸(或球面副)和第四虎克鉸(或球面副)帶動平動臺運動。所述第二運動支鏈由第二伺服電機、第二主動桿、第三連桿和第四連桿組成，安裝在機架上的第二伺服電機通過第二轉(zhuǎn)動副驅(qū)動第二主動桿運動，第二主動桿通過第五虎克鉸(或球面副)和第六虎克鉸(或球面副)帶動第三連桿和第四連桿運動，第三連桿和第四連桿通過第七虎克鉸(或球面副)和第八虎克鉸(或球面副)帶動平動臺運動。所述第三運動支鏈由第三伺服電機、第三主動桿、第五連桿和第六連桿組成，安裝在機架上的第三伺服電機通過第三轉(zhuǎn)動副驅(qū)動第三主動桿運動，第三主動桿通過第九虎克鉸(或球面副)和第十虎克鉸(或球面副)帶動第五連桿和第六連桿運動，第五連桿和第六連桿通過第十一虎克鉸(或球面副)和第十二虎克鉸(或球面副)帶動平動臺運動。所述第一運動支鏈、第二運動支鏈和第三運動支鏈聯(lián)合驅(qū)動平動臺運動，所述平動臺可實現(xiàn)空間三維平動的運動。所述第四運動支鏈由第四伺服電機、第七連桿和第八連桿、第一錐齒輪和第二錐齒輪組成，安裝在機架上的第四伺服電機通過第十三虎克鉸驅(qū)動第七連桿運動，第七連桿通過第一移動副與第八連桿連接并帶動第八連桿運動，第八連桿另一端通過第十四虎克鉸帶動第一錐齒輪運動，第一錐齒輪通過第四轉(zhuǎn)動副與平動臺連接且通過與第二錐齒輪嚙合 帶動第二錐齒輪運動，第二錐齒輪通過第五轉(zhuǎn)動副與平動臺連接。所述第五運動支鏈由第五伺服電機、第九連桿和第十連桿、第三錐齒輪和第四錐齒輪組成，安裝在機架上的第五伺服電機通過第十五虎克鉸驅(qū)動第九連桿運動，第九連桿通過第二移動副與第十連桿連接并帶動第十連桿運動，第十連桿另一端通過第十六虎克鉸帶動第三錐齒輪運動，第三錐齒輪通過第六轉(zhuǎn)動副與平動臺連接且通過與第四錐齒輪嚙合帶動第四錐齒輪運動，第四錐齒輪通過第七轉(zhuǎn)動副與平動臺連接。所述第六運動支鏈由第六伺服電機、第i^一連桿和第十二連桿、第五錐齒輪和第六錐齒輪組成，安裝在機架上的第六伺服電機通過第十七虎克鉸驅(qū)動第i^一連桿運動，第十一連桿通過第三移動副與第十二連桿連接并帶動第十二連桿運動，第十二連桿另一端通過第十八虎克鉸帶動第五錐齒輪運動，第五錐齒輪通過第八轉(zhuǎn)動副與平動臺連接且通過與第六錐齒輪嚙合帶動第六錐齒輪運動，第六錐齒輪通過第九轉(zhuǎn)動副與平動臺連接。所述球面運動鏈由第十三連桿、第十四連桿、第十五連桿、第十六連桿、第十七連桿、第十八連桿和球面臺組成，第二錐齒輪通過第五轉(zhuǎn)動副帶動第十三連桿運動，第十三連桿通過第十轉(zhuǎn)動副帶動第十四連桿運動，第四錐齒輪通過第七轉(zhuǎn)動副帶動第十五連桿運動，第十五連桿通過第十一轉(zhuǎn)動副帶動第十六連桿運動，第六錐齒輪通過第九轉(zhuǎn)動副帶動第十七連桿運動，第十七連桿通過第十二轉(zhuǎn)動副帶動第十八連桿運動，第十四連桿、第十六連桿和第十八連桿分別通過第十三轉(zhuǎn)動副、第十四轉(zhuǎn)動副、第十五轉(zhuǎn)動副帶動球面臺運動，第五轉(zhuǎn)動副、第七轉(zhuǎn)動副、第九轉(zhuǎn)動副、第十轉(zhuǎn)動副、第i^一轉(zhuǎn)動副、第十二轉(zhuǎn)動副、第十三轉(zhuǎn)動副、第十四轉(zhuǎn)動副、第十五轉(zhuǎn)動副的軸線相交于一點，所述球面臺可實現(xiàn)繞上述交點的三維轉(zhuǎn)動運動。本實用新型的突出優(yōu)點在于1、驅(qū)動電機均安裝在機架上，桿件做成輕桿，機構(gòu)重量輕、剛性好、慣量小、動力學性能好；2、機構(gòu)的平動運動和轉(zhuǎn)動運動分別由不同的支鏈單獨控制，機構(gòu)運動學正、逆問題求解容易，控制方便；3、安裝上不同的末端執(zhí)行器，本機構(gòu)可應用到裝配、焊接、姿態(tài)調(diào)整和定位設備、激光、醫(yī)用等領(lǐng)域。
圖1為本實用新型所述轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)的第一結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型所述轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)的第二結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型所述轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)的第三結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型所述轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)的工作示意圖。圖5為本實用新型所述轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)的球面運動鏈示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進一步說明。對照圖1、圖2和圖3，轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)，包括機架1、第一運動支鏈、第二運動支鏈、第三運動支鏈、第四運動支鏈、第五運動支鏈、第六運動支鏈、平動臺47以及球面運動鏈。所述第一運動支鏈由第一伺服電機2、第一主動桿4、第一連桿7和第二連桿8組成，安裝在機架I上的第一伺服電機2通過第一轉(zhuǎn)動副3驅(qū)動第一主動桿4運動，第一主動桿4通過第一虎克鉸(或球面副)5和第二虎克鉸(或球面副)6帶動第一連桿7和第二連桿8運動，第一連桿7和第二連桿8通過第三虎克鉸(或球面副)9和第四虎克鉸(或球面副)10帶動平動臺47運動。所述第二運動支鏈由第二伺服電機11、第二主動桿13、第三連桿16和第四連桿17組成，安裝在機架I上的第二伺服電機11通過第二轉(zhuǎn)動副12驅(qū)動第二主動桿13運動，第二主動桿13通過第五虎克鉸(或球面副)14和第六虎克鉸(或球面副)15帶動第三連桿16和第四連桿17運動，第三連桿16和第四連桿17通過第七虎克鉸(或球面副)18和第八虎克鉸(或球面副)19帶動平動臺47運動。所述第三運動支鏈由第三伺服電機20、第三主動桿22、第五連桿25和第六連桿26組成，安裝在機架I上的第三伺服電機20通過第三轉(zhuǎn)動副21驅(qū)動第三主動桿22運動，第三主動桿22通過第九虎克鉸(或球面副)23和第十虎克鉸(或球面副)24帶動第五連桿25和第六連桿26運動,第五連桿25和第六連桿26通過第^^一虎克鉸(或球面副)27和第十二虎克鉸(或球面副)28帶動平動臺47運動。所述第一運動支鏈、第二運動支鏈和第三運動支鏈聯(lián)合驅(qū)動平動臺47運動，所述平動臺47可實現(xiàn)空間三維平動的運動。所述第四運動支鏈由第四伺服電機29、第七連桿31和第八連桿33、第一錐齒輪67和第二錐齒輪68組成，安裝在機架I上的第四伺服電機29通過第十三虎克鉸30驅(qū)動第七連桿31運動，第七連桿31通過第一移動副32與第八連桿33連接并帶動第八連桿33運動，第八連桿33另一端通過第十四虎克鉸34帶動第一錐齒輪67運動，第一錐齒輪67通過第四轉(zhuǎn)動副48與平動臺47連接且通過與第二錐齒輪68嚙合帶動第二錐齒輪68運動，第二錐齒輪68通過第五轉(zhuǎn)動副49與平動臺47連接。所述第五運動支鏈由第五伺服電機35、第九連桿37和第十連桿39、第三錐齒輪69和第四錐齒輪70組成，安裝在機架I上的第五伺服電機35通過第十五虎克鉸36驅(qū)動第九連桿37運動，第九連桿37通過第二移動副38與第十連桿39連接并帶動第十連桿39運動，第十連桿39另一端通過第十六虎克鉸40帶動第三錐齒輪69運動,第三錐齒輪69通過第六轉(zhuǎn)動副50與平動臺47連接且通過與第四錐齒輪70嚙合帶動第四錐齒輪70運動，第四錐齒輪70通過第七轉(zhuǎn)動副51與平動臺47連接。所述第六運動支鏈由第六伺服電機41、第十一連桿43和第十二連桿45、第五錐齒輪71和第六錐齒輪72組成，安裝在機架I上的第六伺服電機41通過第十七虎克鉸42驅(qū)動第十一連桿43運動，第十一連桿43通過第三移動副44與第十二連桿45連接并帶動第十二連桿45運動，第十二連桿45另一端通過第十八虎克鉸46帶動第五錐齒輪71運動，第五錐齒輪71通過第八轉(zhuǎn)動副52與平動臺47連接且通過與第六錐齒輪72嚙合帶動第六錐 齒輪72運動，第六錐齒輪72通過第九轉(zhuǎn)動副53與平動臺47連接。所述球面運動鏈由第十三連桿54、第十四連桿56、第十五連桿58、第十六連桿60、第十七連桿62、第十八連桿64和球面臺66組成，第二錐齒輪68通過第五轉(zhuǎn)動副49帶動第十三連桿54運動，第十三連桿54通過第十轉(zhuǎn)動副55帶動第十四連桿56運動，第四錐齒
輪70通過第七轉(zhuǎn)動副51帶動第十五連桿58運動,第十五連桿58通過第^--轉(zhuǎn)動副59帶
動第十六連桿60運動,第六錐齒輪72通過第九轉(zhuǎn)動副53帶動第十七連桿62運動,第十七連桿62通過第十二轉(zhuǎn)動副63帶動第十八連桿64運動,第十四連桿56、第十六連桿60和第十八連桿64分別通過第十三轉(zhuǎn)動副57、第十四轉(zhuǎn)動副61、第十五轉(zhuǎn)動副65帶動球面臺66運動，第五轉(zhuǎn)動副49、第七轉(zhuǎn)動副51、第九轉(zhuǎn)動副53、第十轉(zhuǎn)動副55、第i^一轉(zhuǎn)動副59、第十二轉(zhuǎn)動副63、第十三轉(zhuǎn)動副57、第十四轉(zhuǎn)動副61、第十五轉(zhuǎn)動副65的軸線相交于一點，所述球面臺66可實現(xiàn)繞上述交點的三維轉(zhuǎn)動運動。對照圖4，轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)，平動臺47在第一運動支鏈、第二運動支鏈、第三運動支鏈的驅(qū)動下做三維平動運動，而球面運動鏈的三維轉(zhuǎn)動運動由第四運動支鏈、第五運動支鏈和第六運動支鏈共同驅(qū)動，本機構(gòu)的轉(zhuǎn)動運動與平動運動由不同的運動支鏈驅(qū)動。對照圖2和圖5，轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)的球面運動鏈第五轉(zhuǎn)動副49、第七轉(zhuǎn)動副51、第九轉(zhuǎn)動副53、第十轉(zhuǎn)動副55、第十一轉(zhuǎn)動副59、第十二轉(zhuǎn)動副63、第十三轉(zhuǎn)動副57、第十四轉(zhuǎn)動副61、第十五轉(zhuǎn)動副65的軸線相交于一點，第十三連桿54、第十四連桿56、第十五連桿58、第十六連桿60、第十七連桿62、第十八連桿64和球面臺66共同組成了一個球面運動鏈。
權(quán)利要求1.轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)，包括機架、第一運動支鏈、第二運動支鏈、第三運動支鏈、第四運動支鏈、第五運動支鏈、第六運動支鏈、平動臺以及球面運動鏈，其特征在于 所述第一運動支鏈由第一伺服電機、第一主動桿、第一連桿和第二連桿組成，第一主動桿一端通過第一轉(zhuǎn)動副與安裝在機架上的第一伺服電機連接，第一主動桿另一端通過第一虎克鉸或球面副和第二虎克鉸或球面副與第一連桿和第二連桿連接，第一連桿另一端通過第三虎克鉸或球面副與平動臺連接，第二連桿另一端通過第四虎克鉸或球面副與平動臺連接， 所述第二運動支鏈由第二伺服電機、第二主動桿、第三連桿和第四連桿組成，第二主動桿一端通過第二轉(zhuǎn)動副與安裝在機架上的第二伺服電機連接，第二主動桿另一端通過第五虎克鉸或球面副和第六虎克鉸或球面副與第三連桿和第四連桿連接，第三連桿另一端通過第七虎克鉸或球面副與平動臺連接，第四連桿另一端通過第八虎克鉸或球面副與平動臺連接， 所述第三運動支鏈由第三伺服電機、第三主動桿、第五連桿和第六連桿組成，第三主動桿一端通過第三轉(zhuǎn)動副與安裝在機架上的第三伺服電機連接，第三主動桿另一端通過第九虎克鉸或球面副和第十虎克鉸或球面副與第五連桿和第六連桿連接，第五連桿另一端通過第十一虎克鉸或球面副與平動臺連接，第六連桿另一端通過第十二虎克鉸或球面副與平動臺連接， 所述第四運動支鏈由第四伺服電機、第七連桿和第八連桿、第一錐齒輪和第二錐齒輪組成，第七連桿一端通過第十三虎克鉸與安裝在機架上的第四伺服電機連接，第七連桿另一端通過第一移動副與第八連桿連接，第八連桿另一端通過第十四虎克鉸與第一錐齒輪連接，第一錐齒輪通過第四轉(zhuǎn)動副與平動臺連接，第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合，第二錐齒輪通過第五轉(zhuǎn)動副與平動臺連接， 所述第五運動支鏈由第五伺服電機、第九連桿和第十連桿、第三錐齒輪和第四錐齒輪組成，第九連桿一端通過第十五虎克鉸與安裝在機架上的第五伺服電機連接，第九連桿另一端通過第二移動副與第十連桿連接，第十連桿另一端通過第十六虎克鉸與第三錐齒輪連接，第三錐齒輪通過第六轉(zhuǎn)動副與平動臺連接，第三錐齒輪與第四錐齒輪嚙合，第四錐齒輪通過第七轉(zhuǎn)動副與平動臺連接， 所述第六運動支鏈由第六伺服電機、第i^一連桿和第十二連桿、第五錐齒輪和第六錐齒輪組成，第十一連桿一端通過第十七虎克鉸與安裝在機架上的第六伺服電機連接，第十一連桿另一端通過第三移動副與第十二連桿連接，第十二連桿另一端通過第十八虎克鉸與第五錐齒輪連接，第五錐齒輪通過第八轉(zhuǎn)動副與平動臺連接，第五錐齒輪與第六錐齒輪嚙合,第六錐齒輪通過第九轉(zhuǎn)動副與平動臺連接， 所述球面運動鏈由第十三連桿、第十四連桿、第十五連桿、第十六連桿、第十七連桿、第十八連桿和球面臺組成，第十三連桿一端通過第五轉(zhuǎn)動副與第二錐齒輪連接，第十三連桿另一端通過第十轉(zhuǎn)動副與第十四連桿連接，第十四連桿另一端通過第十一轉(zhuǎn)動副與球面臺連接，第十五連桿一端通過第七轉(zhuǎn)動副與第四錐齒輪連接，第十五連桿另一端通過第十二轉(zhuǎn)動副與第十六連桿連接，第十六連桿另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副與球面臺連接，第十六連桿一端通過第九轉(zhuǎn)動副與第六錐齒輪連接，第十六連桿另一端通過第十四轉(zhuǎn)動副與第十七連桿連接，第十七連桿另一端通過第十五轉(zhuǎn)動副與球面臺連接，第五轉(zhuǎn)動副、第七轉(zhuǎn)動副、第九轉(zhuǎn)動副、第十轉(zhuǎn)動副、第i^一轉(zhuǎn)動副、第十二轉(zhuǎn)動副、第十三轉(zhuǎn)動副、第十四轉(zhuǎn)動副、第十五 轉(zhuǎn)動副的軸線相交于一點。
專利摘要轉(zhuǎn)動運動和平動運動單獨控制的空間六自由度機構(gòu)，包括機架、第一運動支鏈、第二運動支鏈、第三運動支鏈、第四運動支鏈、第五運動支鏈、第六運動支鏈、平動臺以及球面運動鏈。所述第一運動支鏈、第二運動支鏈和第三運動支鏈共同驅(qū)動平動臺做三維平動運動；所述第四運動支鏈、第五運動支鏈和第六運動支鏈共同驅(qū)動球面運動鏈運動，球面運動鏈可實現(xiàn)繞球心的三維轉(zhuǎn)動運動。本實用新型平動運動與轉(zhuǎn)動運動由不同的支鏈單獨控制，機構(gòu)運動學正、逆解求解容易，控制方便，且驅(qū)動電機均安裝在機架上，桿件可以做成輕桿，有效降低機構(gòu)重量，機構(gòu)剛性好、慣量小、動力學性能好。
文檔編號B25J9/00GK202825823SQ20122043224
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者王紅州 申請人:江西省機械科學研究所