無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人領域，特別是涉及到了一種無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構。
【背景技術】
[0002]空間少自由度并聯(lián)機器人機構和傳統(tǒng)的六自由度并聯(lián)機構相比，具有結構簡單，設計、制造和控制的成本都相對較低的特點。因此，少自由度并聯(lián)機器人是目前國際并聯(lián)機器人學術界和工業(yè)界關注的熱點。
[0003]目前，從資料看，已經(jīng)發(fā)明出來的三自由度并聯(lián)機器人有Clavel在1988年提出DELTA并聯(lián)機器人；Cox在1981年提出的3-3R三自由度球面并聯(lián)機構；Hunt在1983年提出的空間三自由度3-RPS并聯(lián)機構。
[0004]另外，在三自由度中并聯(lián)機構中對于兩轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構的研究也有一定的進展，例如公告號為CN103144096B、公告日為2015年4月8日的中國專利公開的兩轉(zhuǎn)一移三自由度無過約束非對稱并聯(lián)機構，公告號為CN201389855Y、公告日為2010年I月27日的中國專利公開的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的并聯(lián)機構以及公告號為CN102962835A、公告日為2013年3月13日的中國專利公開的無伴隨運動的對稱兩轉(zhuǎn)一移并聯(lián)機構涉及到了兩轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構。然而，上述機構雖然能實現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動一移動，但是解耦性沒有很好解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構，以解決現(xiàn)有兩轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構的解耦性差的問題。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明的無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構采用以下技術方案:無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構，包括動平臺、靜平臺和連接在動、靜平臺之間的分支運動鏈，分支運動鏈有兩條，其中一條為混合鏈，另一條為單開鏈，所述混合鏈包括一個閉合回路結構和一個轉(zhuǎn)動副，閉回路結構包括第一子分支和第二子分支，第一子分支包括與靜平臺連接的第一移動副和與第一移動副連接的第二轉(zhuǎn)動副，第二轉(zhuǎn)動副的軸線與第一移動副的中心線垂直；第二子分支包括自靜平臺開始依次連接的第三轉(zhuǎn)動副、第四轉(zhuǎn)動副、第五轉(zhuǎn)動副、第六轉(zhuǎn)動副和第七虎克鉸，第四轉(zhuǎn)動副的軸線與第五轉(zhuǎn)動副的軸線平行并且均垂直于第三轉(zhuǎn)動副的軸線，第七虎克鉸與第六轉(zhuǎn)動副相鄰的轉(zhuǎn)動軸線平行于第六轉(zhuǎn)動副的軸線并且垂直于第五轉(zhuǎn)動副的軸線，第七虎克鉸的另一條轉(zhuǎn)動軸線平行于第五轉(zhuǎn)動副的軸線，第一子分支與第二子分支在第二轉(zhuǎn)動副處形成閉回路機構并且通過串聯(lián)的第八轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，在混合鏈中，第一子分支的主動副為第一移動副，第二子分支的主動副為第三轉(zhuǎn)動副；單開鏈包括自靜平臺向動平臺依次連接的第九移動副、第十一移動副、第十二轉(zhuǎn)動副和第十三轉(zhuǎn)動副，其中第九移動副的中心線與第三轉(zhuǎn)動副的軸線、第十轉(zhuǎn)動副的軸線以及第十二轉(zhuǎn)動副的軸線均互相平行，第十一移動副的中心線垂直于第九移動副的中心線，第十三轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于第第二轉(zhuǎn)動副的軸線，單開鏈的主動副為第九移動副；混合鏈的第八轉(zhuǎn)動副的軸線與單開鏈的第十三轉(zhuǎn)動副的軸線平行，第一移動副的中心線垂直于第三轉(zhuǎn)動副的軸線和第九移動副的中心線。
[0007]所述第九移動副的位置高于第三轉(zhuǎn)動副和第一移動副。
[0008]所述第九移動副通過一個立架設于靜平臺上。
[0009]所述第九移動副和第一移動副通過電機和絲杠螺母機構驅(qū)動。
[0010]所述電機為伺服電機。
[0011 ] 所述第三轉(zhuǎn)動副通過電機和減速機驅(qū)動。
[0012]本發(fā)明通過一個混合鏈與一個單開鏈來連接動、靜平臺，并且在混合鏈中，第一子分支的主動副為第一移動副，第二子分支的主動副為第三轉(zhuǎn)動副，單開鏈的主動副為第九移動副，混合鏈的第八轉(zhuǎn)動副的軸線與單開鏈的第十三轉(zhuǎn)動副的軸線平行，第一移動副的中心線垂直于第三轉(zhuǎn)動副的軸線和第九移動副的中心線。因此，本發(fā)明的無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構可以實現(xiàn)無耦合的一維平動和兩維轉(zhuǎn)動。
【附圖說明】
[0013]圖1是無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構的實施例的原理圖；
圖2是無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構的實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構的實施例，如圖1-2所示，該并聯(lián)機構包括靜平臺101、動平臺102以及連接在動、靜平臺之間的兩個分支運動鏈，其中動平臺102和靜平臺101均為長方體結構，分支運動鏈中的一條為混合鏈103，另一條為單開鏈104。
[0015]混合鏈103包括第一子分支1031、第二子分支1032和第八轉(zhuǎn)動副，其中第一子分支從靜平臺開始依次串聯(lián)的是第一移動副PU第二轉(zhuǎn)動副R2，第二轉(zhuǎn)動副R2軸線垂直于第一移動副Pl中心線，二者之間通過角形的第一連桿I連接；第二子分支1032從靜平臺開始依次串聯(lián)的是第三轉(zhuǎn)動副R3、第四轉(zhuǎn)動副R4、第五轉(zhuǎn)動副R5、第六轉(zhuǎn)動副R6、第七虎克鉸U7，然后與第一子分支形成閉回路機構并與第八轉(zhuǎn)動副R8串聯(lián)，其中第三轉(zhuǎn)動副與第四轉(zhuǎn)動副之間通過第二連桿2連接，第四轉(zhuǎn)動副與第五轉(zhuǎn)動副之間通過第三連桿3連接，第五轉(zhuǎn)動副與第六轉(zhuǎn)動副之間通過第四連桿4連接，第六轉(zhuǎn)動副與第七虎克鉸之間通過第五連桿5連接；第四轉(zhuǎn)動副R4軸線垂直于第三轉(zhuǎn)動副R3的軸線，第五轉(zhuǎn)動副R5的軸線平行于第四轉(zhuǎn)動副R4的軸線，第七虎克鉸U7中與第六轉(zhuǎn)動副R6相鄰的轉(zhuǎn)動軸線平行于第六轉(zhuǎn)動副R6軸線，同時垂直于第五轉(zhuǎn)動副R5軸線，第七虎克鉸U7中的另一條轉(zhuǎn)動軸線平行于第五轉(zhuǎn)動副R5軸線。
[0016]單開鏈104從靜平臺開始依次串聯(lián)的是第九移動副P9、第十轉(zhuǎn)動副R10、第十一移動副P11、第十二轉(zhuǎn)動副R12、第十三轉(zhuǎn)動副R13，其中第九移動副與第十轉(zhuǎn)動副之間通過第七連桿7連接，第十轉(zhuǎn)動副與第十一移動副之間通過第八連桿8連接，第十一移動副與第十二轉(zhuǎn)動副之間通過第九連桿9連接，第十二轉(zhuǎn)動副與第十三轉(zhuǎn)動副之間通過第10連桿連接。第九移動副P9通過一個立架105設在靜平臺上，這樣可以保證其裝配的便捷性，同時縮短滑軌的長度，保證其精度及可靠性；第九移動副P9中心線平行于第三轉(zhuǎn)動副R3軸線，第十轉(zhuǎn)動副RlO軸線和第十二轉(zhuǎn)動副R12平行于第九移動副P9中心線，第十一移動副Pll中心線則垂直于第九移動副P9中心線，第十三轉(zhuǎn)動副R13軸線垂直于十二轉(zhuǎn)動副R12軸線。
[0017]混合鏈通過第六連桿6以及第八轉(zhuǎn)動副R8與動平臺相連，單開鏈通過第十三轉(zhuǎn)動副R13與動平臺相連，第八轉(zhuǎn)動副R8軸線和第十三轉(zhuǎn)動副R13軸線平行。
[0018]該并聯(lián)機構中，第一子分支的主動副為第一移動副P1，第二子分支的主動副為第三轉(zhuǎn)動副R3，分支二的主動副為第九移動副P9，主動移動副(第一移動副、第九移動副)的驅(qū)動機構是電機帶動的絲杠機構，或者是伺服電機，主動轉(zhuǎn)動副(第三轉(zhuǎn)動副)的驅(qū)動機構是電機帶動的減速機。第一移動副Pl中心線垂直于第三轉(zhuǎn)動副R3軸線和第九移動副P9中心線，因此該機構動平臺可實現(xiàn)空間一維移動和二維轉(zhuǎn)動。該并聯(lián)機構運動鏈數(shù)較少，結構相對簡單，方便控制，精度較高。
【主權項】
1.無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構，包括動平臺、靜平臺和連接在動、靜平臺之間的分支運動鏈，其特征在于，分支運動鏈有兩條，其中一條為混合鏈，另一條為單開鏈，所述混合鏈包括一個閉合回路結構和一個轉(zhuǎn)動副，閉回路結構包括第一子分支和第二子分支，第一子分支包括與靜平臺連接的第一移動副和與第一移動副連接的第二轉(zhuǎn)動副，第二轉(zhuǎn)動副的軸線與第一移動副的中心線垂直；第二子分支包括自靜平臺開始依次連接的第三轉(zhuǎn)動副、第四轉(zhuǎn)動副、第五轉(zhuǎn)動副、第六轉(zhuǎn)動副和第七虎克鉸，第四轉(zhuǎn)動副的軸線與第五轉(zhuǎn)動副的軸線平行并且均垂直于第三轉(zhuǎn)動副的軸線，第七虎克鉸中與第六轉(zhuǎn)動副相鄰的轉(zhuǎn)動軸線平行于第六轉(zhuǎn)動副的軸線并且垂直于第五轉(zhuǎn)動副的軸線，第七虎克鉸的另一條轉(zhuǎn)動軸線平行于第五轉(zhuǎn)動副的軸線，第一子分支與第二子分支在第二轉(zhuǎn)動副處形成閉回路機構并且通過串聯(lián)的第八轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，在混合鏈中，第一子分支的主動副為第一移動副，第二子分支的主動副為第三轉(zhuǎn)動副；單開鏈包括自靜平臺向動平臺依次連接的第九移動副、第十轉(zhuǎn)動副、第十一移動副、第十二轉(zhuǎn)動副和第十三轉(zhuǎn)動副，其中第九移動副的中心線與第三轉(zhuǎn)動副的軸線、第十轉(zhuǎn)動副的軸線以及第十二轉(zhuǎn)動副的軸線均互相平行，第十一移動副的中心線垂直于第九移動副的中心線，第十三轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于第二轉(zhuǎn)動副的軸線，單開鏈的主動副為第九移動副；混合鏈的第八轉(zhuǎn)動副的軸線與單開鏈的第十三轉(zhuǎn)動副的軸線平行，第一移動副的中心線垂直于第三轉(zhuǎn)動副的軸線和第九移動副的中心線。2.根據(jù)權利要求1所述的無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述第九移動副的位置高于第三轉(zhuǎn)動副和第一移動副。3.根據(jù)權利要求2所述的無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述第九移動副通過一個立架設于靜平臺上。4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述第九移動副和第一移動副通過電機和絲杠螺母機構驅(qū)動。5.根據(jù)權利要求4所述的無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述電機為伺服電機。6.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述第三轉(zhuǎn)動副通過電機和減速機驅(qū)動。
【專利摘要】本發(fā)明涉及并聯(lián)機器人領域，特別是涉及到了一種無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構。該并聯(lián)機構包括動、靜平臺以及連接在它們之間的混合鏈及單開鏈，其中混合鏈又是由一個閉回路結構和一個轉(zhuǎn)動副串聯(lián)后與動平臺連接，在閉回路結構中，第一子分支的主動副為第一移動副，第二子分支的主動副為第三轉(zhuǎn)動副，單開鏈的主動副為第九移動副，混合鏈的第八轉(zhuǎn)動副的軸線與單開鏈的第十三轉(zhuǎn)動副的軸線平行，第一移動副的中心線垂直于第三轉(zhuǎn)動副的軸線和第九移動副的中心線。因此，本發(fā)明的無耦合一維移動二維轉(zhuǎn)動三自由度并聯(lián)機構可以實現(xiàn)空間無耦合的一維平動和兩維轉(zhuǎn)動。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號】CN105215977
【申請?zhí)枴緾N201510636354
【發(fā)明人】張彥斌, 丁丁, 吳鑫, 趙浥夫, 張貝, 薛玉君, 王增輝
【申請人】河南科技大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月30日