一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，包括靜平臺、動平臺和連接在靜動平臺之間均勻分布的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈，其特征在于所述每一個運動支鏈包括：一個五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈和上、下兩個虎克鉸；五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈是由四個下連桿和靜平臺組成的平面五邊形及五個轉(zhuǎn)動副構(gòu)成，其中，靜平臺固定作為機架，四個下連桿中包括兩個連架桿和中間兩桿，五個轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行，并均垂直于五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈組成的平面，五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中兩個連架桿的轉(zhuǎn)動作為該機構(gòu)的驅(qū)動；下虎克鉸安裝在五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈的中間兩桿的鉸接處，并通過一個上連桿與上虎克鉸連接，上虎克鉸同時與動平臺連接。
【專利說明】
一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及機械學領(lǐng)域的機器人技術(shù)，具體為一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]Stewart機構(gòu)(S卩6-SPS機構(gòu))是一種六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)。它由動平臺、靜平臺及連接動、靜平臺的六條相同的運動鏈(SPS)組成。每條運動鏈中含有一個聯(lián)接動平臺的球鉸(S)、一個移動副(P)和一個聯(lián)接靜平臺的球鉸(S)，Stewart機構(gòu)廣泛應(yīng)用于運動模擬器、數(shù)控機床、微操作機器人、空間對接等諸多現(xiàn)代尖端技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有的六自由度三支鏈并聯(lián)機器人機構(gòu)(如專利申請?zhí)?01210227966.X)所述及的機構(gòu)為六自由度三支鏈，由于其同時含有螺旋副和移動副，使結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜、成本尚。
[0003]DELTA機器人機構(gòu)是一種含有閉環(huán)子鏈、且具有三個自由度移動的并聯(lián)機器人機構(gòu)。它有兩個三角形平臺，即位于上方的基座平臺和位于下方的運動平臺，基座平臺的三邊通過三條完全相同的運動鏈，分別連接到運動平臺的三條邊上。每條運動鏈有一個由四個回轉(zhuǎn)副與桿件組成的平行四邊形閉環(huán)運動鏈，此閉環(huán)運動鏈再與一個帶驅(qū)動關(guān)節(jié)的驅(qū)動臂相串聯(lián)，這三條運動鏈決定了運動平臺的運動特性。借鑒DELTA機構(gòu)，現(xiàn)有的三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)所述及的機構(gòu)為三支鏈六自由度(如201410693191.4號專利申請)，該機構(gòu)由于在各支鏈中間含有平行四邊形運動鏈，因而造成機構(gòu)整體剛度不高，承載能力不強， 限制了該機構(gòu)的使用范圍。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型擬解決的技術(shù)問題是:提供一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)。該機構(gòu)可以實現(xiàn)六個自由度的運動，但只采用了轉(zhuǎn)動副和虎克鉸，且每個支鏈均有兩個連架桿與靜平臺連接，從而使機構(gòu)和制造工藝簡單、成本低，且機構(gòu)整體剛度高、承載能力強。
[0005]本實用新型解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:設(shè)計一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，包括靜平臺、動平臺和連接在靜動平臺之間均勻分布的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈， 其特征在于所述每一個運動支鏈包括:一個五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈和上、下兩個虎克鉸;五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈是由四個下連桿和靜平臺組成的平面五邊形及五個轉(zhuǎn)動副構(gòu)成，其中，靜平臺固定作為機架，四個下連桿中包括兩個連架桿和中間兩桿，五個轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行，并均垂直于五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈組成的平面，五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中兩個連架桿的轉(zhuǎn)動作為該機構(gòu)的驅(qū)動；下虎克鉸安裝在五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈的中間兩桿的鉸接處，并通過一個上連桿與上虎克鉸連接，上虎克鉸同時與動平臺連接;下虎克鉸的第一個轉(zhuǎn)軸的軸線與連接五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中間兩桿的轉(zhuǎn)動副的軸線共線，上下虎克鉸在連接它們的上連桿上的轉(zhuǎn)軸相互平行，三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈中所述上虎克鉸的第二個轉(zhuǎn)軸的軸線的相互位置關(guān)系為相互平行、兩兩相交有三個交點或者兩兩相交只有一個交點。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所述三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)的三個相同運動支鏈中均只含轉(zhuǎn)動副和虎克鉸，制造工藝簡單、成本低;每個支鏈都有兩個連架桿連接在靜平臺上，使機構(gòu)剛度大、承載能力強;且所述的三個相同運動支鏈與靜平臺連接的轉(zhuǎn)動副作為機構(gòu)的驅(qū)動運動副，這兩個驅(qū)動的電機均固定安裝在靜平臺上，從而可降低運動部件的質(zhì)量，具有更好的動態(tài)特性?！靖綀D說明】
[0007]圖1為本實用新型三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)一種實施例的整體形狀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2為本實用新型三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)一種實施例的第一運動支鏈形狀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3為本實用新型三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)一種實施例的第二運動支鏈形狀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖4為本實用新型三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)一種實施例的第三運動支鏈形狀結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0011]下面結(jié)合實施例及附圖進一步敘述本實用新型，但實施例不限制本申請的權(quán)利要求保護范圍。
[0012]本實用新型設(shè)計的三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)(簡稱機構(gòu)，參見圖1、2、3、4) 包括:靜平臺1、動平臺2以及連接在靜平臺1和動平臺2之間的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈，即第一運動支鏈A、第二運動支鏈B和第三運動支鏈C，三個運動支鏈A、B、C繞動靜平臺中心點均勻分布。每一個運動支鏈結(jié)構(gòu)尺寸均相同?，F(xiàn)以第一運動支鏈A(參見圖2)為例具體說明。 第一運動支鏈A包括:一個五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1和上、下兩個虎克鉸A4及A2;五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1是由四個下連桿六11、412、413和六14以及靜平臺1組成的平面五邊形及五個轉(zhuǎn)動畐1仏15^16)17)18^19構(gòu)成，其中，靜平臺1固定作為機架，四個下連桿六11^12^13、八14 中包括兩個連架桿A11、A14和中間兩桿A12、A13,五個轉(zhuǎn)動副六15^16^17^18^19的軸線相互平行，并均垂直于五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1組成的平面，五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1中兩個連架桿All和A14的轉(zhuǎn)動作為該機構(gòu)的驅(qū)動;下虎克鉸A2安裝在五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1的中間兩桿A12、A13的鉸接處，并通過一個上連桿A3與上虎克鉸A4連接，上虎克鉸A4同時與動平臺2連接。下虎克鉸A2的第一個轉(zhuǎn)軸A21的軸線與連接五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1中間兩桿A12、 A13的轉(zhuǎn)動副A17的軸線共線，上下虎克鉸A4、A2在連接它們的上連桿A3上的轉(zhuǎn)軸A41、A22相互平行，三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈A、B、C中所述的上虎克鉸A4、B4、C4的第二個轉(zhuǎn)軸A42、B42 和C42的軸線的相互位置關(guān)系為相互平行、兩兩相交有三個交點或者兩兩相交只有一個交點。實施例的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈A、B、C中所述的上虎克鉸A4、B4、C4的第二個轉(zhuǎn)軸 A42、B42和C42的軸線相互平行。
[0013]本實用新型機構(gòu)中，所述的第二運動支鏈B，包括B1(含B11、B12、B13、B14、B15、 816、817、818、819)、82(含821、822)、83、84(含841、842);所述的第三運動支鏈(:，包括(:1(含 (:11、(:12、(:13、(:14、(:15、(:16、(:17、(:18、(:19)、〇2(含〇21、〇22)、〇3、〇4(含〇41、〇42)，其結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、功能均與所述第一運動支鏈A中的A1 (含A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18、 八19)、厶2(含厶21、厶22)、厶3、厶4(含厶41、厶42)相同。
[0014]本實用新型機構(gòu)中，所述上連桿A3和五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1中的四個下連桿All、 A12、A13、A14的橫截面形狀不受限定，可以是正方形、長方形或圓形等常用形狀。在不影響轉(zhuǎn)動副和虎克鉸轉(zhuǎn)動的情況下，所述上連桿A3和五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1中的四個下連桿 A11、A12、A13、A14也可以是其他截面形狀。
[0015]本實用新型機構(gòu)中，在不影響所述并聯(lián)機器人機構(gòu)自由運動的情況下，所述靜平臺1和動平臺2的結(jié)構(gòu)形狀為三角形、矩形或圓形，靜平臺1和動平臺2的結(jié)構(gòu)形狀可以相同， 也可以不相同；還可以為其他任意形狀，不受限定;實施例的動平臺2結(jié)構(gòu)形狀為三角形，靜平臺1結(jié)構(gòu)形狀為圓形。
[0016]本實用新型機構(gòu)中，在不影響所述并聯(lián)機器人機構(gòu)自由運動的情況下，所述三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈A、B、C中的五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1、B1、C1組成的三個平面兩兩相交共有三條交線，或者三個平面兩兩相交僅有一條交線。實施例的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈A、 B、C中的五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1、B1、C1組成的三個平面兩兩相交共有三條交線。[〇〇17]本實用新型機構(gòu)的工作原理和過程是(參見圖1-4):在靜平臺1上可以分別安裝驅(qū)動電機，用來分別控制連架桿六11、414、811、814、(:11、(:14的轉(zhuǎn)動輸入，即控制轉(zhuǎn)動副六15、 八19、815、819、(:15、(:19的轉(zhuǎn)動。當三個運動支鏈4、8、(:所述轉(zhuǎn)動副415^19、815、819、(:15、 C19共同被驅(qū)動時，通過五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1、B1、C1的平面移動和轉(zhuǎn)動副A17、B17、C17的轉(zhuǎn)動，可帶動下虎克鉸A2、B2、C2移動及轉(zhuǎn)動，通過連桿A3、B3、C3進而帶動上虎克鉸A4、B4、 C4移動及轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動動平臺2運動，即可以實現(xiàn)六自由度的運動。
[0018]本實用新型機構(gòu)的突出優(yōu)點在于，采用了較少的運動支鏈，動平臺2即可以實現(xiàn)六個自由度的運動，結(jié)構(gòu)簡單;該機構(gòu)只含轉(zhuǎn)動副和虎克鉸，制造工藝簡單、成本低;每個支鏈都有兩個連架桿連接在靜平臺1上，使機構(gòu)剛度大、承載能力強;每個支鏈的兩個驅(qū)動的驅(qū)動電機均安裝在靜平臺1上，從而可以降低運動部件的質(zhì)量，具有較好的動態(tài)性能，能實現(xiàn)高速運動，因此可以擴大并聯(lián)機器人機構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0019]本實用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，包括靜平臺、動平臺和連接在靜動平臺之間 均勻分布的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈，其特征在于所述每一個運動支鏈包括:一個五轉(zhuǎn)動 副平面運動鏈和上、下兩個虎克鉸;五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈是由四個下連桿和靜平臺組成的 平面五邊形及五個轉(zhuǎn)動副構(gòu)成，其中，靜平臺固定作為機架，四個下連桿中包括兩個連架桿 和中間兩桿，五個轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行，并均垂直于五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈組成的平面，五 轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中兩個連架桿的轉(zhuǎn)動作為該機構(gòu)的驅(qū)動;下虎克鉸安裝在五轉(zhuǎn)動副平面 運動鏈的中間兩桿的鉸接處，并通過一個上連桿與上虎克鉸連接，上虎克鉸同時與動平臺 連接;下虎克鉸的第一個轉(zhuǎn)軸的軸線與連接五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中間兩桿的轉(zhuǎn)動副的軸線 共線，上下虎克鉸在連接它們的上連桿上的轉(zhuǎn)軸相互平行，三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈中所 述上虎克鉸的第二個轉(zhuǎn)軸的軸線的相互位置關(guān)系為相互平行、兩兩相交有三個交點或者兩 兩相交只有一個交點。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于所述上連桿和 五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中的四個下連桿橫截面形狀是正方形、長方形或圓形。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于所述靜平臺和 動平臺的結(jié)構(gòu)形狀為三角形、矩形或圓形，靜平臺和動平臺兩者的結(jié)構(gòu)形狀相同或不相同。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于所述三個結(jié)構(gòu) 相同的運動支鏈中的五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈組成的三個平面兩兩相交共有三條交線，或者三 個平面兩兩相交僅有一條交線。
【文檔編號】B25J9/08GK205572419SQ201620409477
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】張建軍, 李啟騰, 王曉慧, 李為民, 曾慶勉, 張雷
【申請人】河北工業(yè)大學