本發(fā)明涉及機(jī)器人設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有弧形移動副的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

并聯(lián)機(jī)構(gòu)通常由動平臺和固定平臺通過多條支鏈聯(lián)結(jié)而成，自1938年首次提出并聯(lián)機(jī)器人以來，因其具較大剛度、較強(qiáng)的承載能力、誤差小、精度高、自重負(fù)荷比小、動力性能好、控制容易等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于社會的各個(gè)領(lǐng)域。目前，常見的有2自由度、3自由度、4自由度、6自由度并聯(lián)機(jī)器人。其中3自由度對稱支鏈對稱分布的并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究最多，并且其應(yīng)用機(jī)加工回轉(zhuǎn)平臺、康復(fù)設(shè)備、衛(wèi)星定位設(shè)備、安裝設(shè)備等領(lǐng)域。

如燕山大學(xué)高峰教授等人提出的一種具有中心球面鉸鏈的偏置輸出三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)(CN101306534)，其具有典型的3-RRR型機(jī)構(gòu)特征。實(shí)現(xiàn)繞固定中心做三個(gè)方向轉(zhuǎn)動。

燕山大學(xué)黃真教授提出一種具有對稱結(jié)構(gòu)且無伴隨運(yùn)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)(CN102962840)。其能夠定、動平臺中間對稱平面內(nèi)的任意一條軸或者任意一點(diǎn)連續(xù)轉(zhuǎn)動，能有效的避免伴隨運(yùn)動的發(fā)生。

上海大學(xué)沈龍?zhí)岢龅囊环N球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(CN101924266)。其較一般的三自由度球型機(jī)構(gòu)相比，具有較大的工作空間。

上海交通大學(xué)林榮富等人提出的具有弧形移動副的三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)(CN104827463)。采用弧形移動副的形式來實(shí)現(xiàn)動平臺繞弧形的中點(diǎn)做三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動。

上述機(jī)構(gòu)普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作過程存在伴隨動作等難以掌控控制精度等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)簡單可靠、便于控制的具有弧形移動副的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種具有弧形移動副的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其包括基座、動平臺、約束桿以及三條相同的運(yùn)動支鏈，約束桿連接動平臺和基座，約束桿與基座固定設(shè)置，動平臺相對約束桿具有三個(gè)轉(zhuǎn)動方向的自由度；三條運(yùn)動支鏈以約束桿為中心對稱設(shè)置，每一運(yùn)動支鏈包括絲杠組件和弧形移動副，絲杠組件設(shè)置于基座上，弧形移動副鉸接至動平臺，弧形移動副包括嵌套連接的下弧形連桿和上弧形連桿，下弧形連桿在絲杠組件的帶動下沿絲杠組件的軸線方向做直線運(yùn)動以及繞絲杠組件的軸線轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使上弧形連桿沿下弧形連桿的弧形軌道移動以及與下弧形連桿一起繞絲杠組件的軸線轉(zhuǎn)動，上弧形連桿的一端鉸接至動平臺。

其中，絲杠組件包括電機(jī)、絲杠和套管，電機(jī)設(shè)置于基座上，絲杠連接至電機(jī)的輸出軸，套管的內(nèi)螺紋與絲杠的外螺紋配合，下弧形連桿的下端連接至套管。

其中，上弧形連桿與動平臺采用十字萬向鉸鏈連接。

其中，下弧形連桿包括相互連接的弧形部分和直線部分，直線部分的下端連接至套管，弧形部分具有空管狀特征，上弧形連桿嵌套至下弧形連桿中。

其中，下弧形連桿的下端與套管采用銷軸連接。

其中，約束桿的底端固定至固定平臺，頂端采用球鉸副與動平臺連接。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有弧形移動副的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)其具有三個(gè)運(yùn)動支鏈和一個(gè)中間約束桿，運(yùn)動支鏈包括絲杠組件和弧形運(yùn)動副，弧形運(yùn)動副的下弧形連桿在絲杠組件的帶動下沿絲杠組件的軸線方向移動并繞著絲杠組件的軸線轉(zhuǎn)動，上弧形連桿沿著下弧形連桿的弧形軌道移動，使得動平臺實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動。因此，本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較高的靈活性，并且支鏈的運(yùn)動形式相對簡單，容易保證該機(jī)構(gòu)在操作過程中的精度和質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明具有弧形移動副的三自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是圖1所示三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1所示三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3所示運(yùn)動支鏈的下弧形連桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖3所示運(yùn)動支鏈的上弧形連桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖3所示運(yùn)動支鏈的套管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖3所示運(yùn)動支鏈的絲杠的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請參照圖1和圖2，本發(fā)明具有弧形移動副的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括基座6、動平臺1、約束桿9以及三條相同的運(yùn)動支鏈(未標(biāo)示)。

約束桿9連接動平臺1和基座6，約束桿9與基座6固定設(shè)置，動平臺1相對約束桿9具有三個(gè)轉(zhuǎn)動方向的自由度。具體地，約束桿9呈長條狀，其底端固定設(shè)置于基座6上且其延伸方向與基座6的基準(zhǔn)面垂直，頂端采用球鉸副11與動平臺1連接。

三條運(yùn)動支鏈以約束桿9為中心對稱設(shè)置。中心對稱的含義為：每一運(yùn)動支鏈連接至基座6的固定點(diǎn)距離約束桿9的距離相等，兩相鄰運(yùn)動支鏈的固定點(diǎn)到約束桿的垂直連線的夾角為120°；且每一運(yùn)動支鏈連接至動平臺1的鉸接點(diǎn)距離約束桿9的距離相等，兩相鄰運(yùn)動支鏈的鉸接點(diǎn)到約束桿的垂直連線的夾角亦為120度。

請進(jìn)一步參照圖3至圖7，每一運(yùn)動支鏈包括絲杠組件(未標(biāo)示)和弧形運(yùn)動副(未標(biāo)示)。絲杠組件設(shè)置于基座6上，弧形運(yùn)動副鉸接至動平臺1?；⌒芜\(yùn)動副包括嵌套連接的下弧形連桿3和上弧形連桿2，上弧形連桿2和下弧形連桿3共圓心。下弧形連桿3在絲杠組件的帶動下沿絲杠組件的軸線方向做直線運(yùn)動以及繞絲杠組件的軸線轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使上弧形連桿2沿下弧形連桿3的弧形軌道移動以及與下弧形連桿3一起繞絲杠組件的軸線轉(zhuǎn)動，上弧形連桿2的一端鉸接至動平臺1。

具體地，絲杠組件包括電機(jī)7、絲杠5和套管4。電機(jī)7設(shè)置于基座6上，絲杠5連接至電機(jī)7的輸出軸，套管4的內(nèi)螺紋15與絲杠5的外螺紋17配合，下弧形連桿3的下端12連接至套管4。電機(jī)7于基座6上的固定位置即前述固定點(diǎn)。

本實(shí)施例中，套管4上端(與設(shè)置內(nèi)螺紋相對的一端)的孔16與下弧形連桿3的下端12采用銷軸連接，使得下弧形連桿3可以繞著絲杠組件的套管4的軸線方向轉(zhuǎn)動。

本實(shí)施例中，弧形移動副的下弧形連桿包括相互連接的弧形部分和直線部分，直線部分的下端12連接至套管4，弧形部分具有空管狀特征13，上弧形連桿2嵌套至下弧形連桿3的弧形部分中。實(shí)際應(yīng)用中，亦可以在上弧形連桿2上設(shè)置空管狀特征，將下弧形連桿3的弧形部分嵌套至上弧形連桿2中?；蛘?，上弧形連桿2和下弧形連桿3二者之一上設(shè)置弧形滑槽，另一上設(shè)置弧形滑軌等等。無論是全包覆式的空管狀特征還是部分覆蓋式的弧形滑槽與滑軌設(shè)置均包含在本發(fā)明上弧形連桿2相對下弧形連桿3的弧形軌道移動的嵌套連接的范圍內(nèi)。

本實(shí)施例中，上弧形連桿2與動平臺1采用十字萬向鉸鏈連接。具體地，上弧形連桿2的頂端設(shè)置孔14，十字萬向鉸鏈10的一端固定至孔14中，另一端固定至動平臺1上，十字萬向鉸鏈10在動平臺1上的設(shè)置位置即前述鉸接點(diǎn)。

本實(shí)施例運(yùn)動支鏈中，通過電機(jī)7驅(qū)動絲杠5轉(zhuǎn)動，絲杠5轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為套管4沿絲杠5軸線方向上的直線運(yùn)動，進(jìn)而帶動下弧形連桿3沿著絲杠組件的軸線方向移動，在下弧形連桿3沿著絲杠組件的軸線方向直線運(yùn)動的過程中，下弧形連桿3亦可繞著絲杠組件的軸線轉(zhuǎn)動，并導(dǎo)致上弧形連桿2能夠沿著下弧形連桿3的弧形軌道移動，上弧形連桿2的上端通過十字萬向鉸鏈10與動平臺1連接，使得動平臺1具有三個(gè)轉(zhuǎn)動方向的自由度。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有弧形移動副的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)其具有三個(gè)運(yùn)動支鏈和一個(gè)中間約束桿9，運(yùn)動支鏈包括絲杠組件和弧形運(yùn)動副，弧形運(yùn)動副的下弧形連桿3在絲杠組件的帶動下沿絲杠組件的軸線方向移動并繞著絲杠組件的軸線轉(zhuǎn)動，上弧形連桿2沿著下弧形連桿3的弧形軌道移動，使得動平臺1實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動。因此，本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較高的靈活性，并且支鏈的運(yùn)動形式相對簡單，容易保證該機(jī)構(gòu)在操作過程中的精度和質(zhì)量。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。