一種空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，涉及機(jī)器人和先進(jìn)制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)空間三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)和聯(lián)接上述兩平臺(tái)的三條支鏈組成，每條支鏈由固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)分別由導(dǎo)軌、圓柱副、移動(dòng)副、胡克鉸，以及它們之間的連桿組成。本發(fā)明的機(jī)構(gòu)其工作平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)笛卡爾坐標(biāo)系下的一維平動(dòng)和兩維轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)輸出，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝容易，傳動(dòng)精度高，成本低；且工作空間較大，傳動(dòng)特性好；同時(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正、反解簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了軌跡規(guī)劃、控制、校正等一系列技術(shù)問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人機(jī)構(gòu)和先進(jìn)制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一組有兩個(gè)或兩個(gè)以上的分支機(jī)構(gòu)并聯(lián)而成的機(jī)構(gòu)。它的特點(diǎn)是所有分支機(jī)構(gòu)可同時(shí)接受驅(qū)動(dòng)器輸入，而最終共同給出輸出，在機(jī)構(gòu)學(xué)上屬于多路閉環(huán)機(jī)械系統(tǒng)。以并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人操作機(jī)以及由此組成的制造單元統(tǒng)稱為并聯(lián)構(gòu)型裝備，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種有著廣闊應(yīng)用前景的新型制造裝備。并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于大型模擬設(shè)備、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、傳感器、微操作器、雕刻機(jī)和測(cè)量機(jī)等【技術(shù)領(lǐng)域】。Stewart平臺(tái)是一種典型的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有6個(gè)自由度，首次用于并聯(lián)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床被認(rèn)為是二十世紀(jì)以來(lái)機(jī)床結(jié)構(gòu)的一次革命，在這以后發(fā)明了多種6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0003]由于結(jié)構(gòu)的限制，6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)有許多技術(shù)問(wèn)題沒(méi)能很好解決，如運(yùn)動(dòng)耦合性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)正解復(fù)雜、工作空間小、傳動(dòng)特性差等。少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景，不少學(xué)者研究了多種該類型的機(jī)構(gòu)，如Delta機(jī)構(gòu)、Star Like機(jī)構(gòu)等。中國(guó)學(xué)者在少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的研究方面也取得了大量的研究成果(如專利申請(qǐng)?zhí)?01108297.6; 01113519.0; 03113354.1; 200410018623.8; 200510037951.7 等)。
[0004]目前空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)在加工裝備、食品包裝、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，為克服并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的定位部件存在桿件多、運(yùn)動(dòng)副多、執(zhí)行部分的慣性大而導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度不高這一問(wèn)題，需要?jiǎng)?chuàng)造出滿足運(yùn)動(dòng)形式要求且運(yùn)動(dòng)副少、運(yùn)行速度高的新機(jī)型。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造、安裝容易，傳動(dòng)精度高，成本低；且工作空間較大，傳動(dòng)特性好可實(shí)現(xiàn)空間三自由度運(yùn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明為解決上述問(wèn)題所采用的方案是
一種可實(shí)現(xiàn)空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由固定平臺(tái)1、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2和聯(lián)接上述兩平臺(tái)的三條支鏈組成；其中第一支鏈從固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)依次由安裝在固定平臺(tái)上的第一導(dǎo)軌D1、套裝在第一導(dǎo)軌Dl上的第一圓柱副Cl、第一圓柱副Cl上固定的第一連桿L11、第一連桿Lll另一端固定的第一移動(dòng)副P1、與第一移動(dòng)副Pl移動(dòng)配合的第二連桿L12、第二連桿L12另一端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間安裝的第一胡克鉸Ul組成；第二支鏈由固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)依次由安裝在固定平臺(tái)上的第二導(dǎo)軌D2、套裝在第二導(dǎo)軌上的第二圓柱副C2、第二圓柱副上固定的第三連桿L21、第三連桿另一端固定的第二移動(dòng)副P2、與第二移動(dòng)副移動(dòng)配合的第四連桿L22、第四連桿另一端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間安裝的第二胡克鉸U2組成；第三支鏈由固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)依次由安裝在固定平臺(tái)上的第三導(dǎo)軌D3、套裝在第三導(dǎo)軌上的第三圓柱副C3、第三圓柱副上固定的第五連桿L31、第五連桿另一端固定的第三移動(dòng)副P3、與第三移動(dòng)副移動(dòng)配合的第六連桿L32、第六連桿另一端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間安裝的第三胡克鉸U3組成；
所述三個(gè)胡克鉸(U1，U2，U3)的一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線分別與對(duì)應(yīng)的移動(dòng)副(P1、P2、P3)的軸線垂直；
所述的三個(gè)圓柱副(Cl，C2，C3 )分別和對(duì)應(yīng)的導(dǎo)軌(D1、D2、D3 )的軸線平行，且分別與對(duì)應(yīng)的移動(dòng)副(P1、P2、P3)的軸線傾斜相交，傾斜角均相同；
所述的三個(gè)導(dǎo)軌(D1、D2、D3)匯交于一點(diǎn)，且均與固定平臺(tái)I平行；
所述的三個(gè)圓柱副(Cl，C2, C3)分別沿導(dǎo)軌(D1、D2、D3)的移動(dòng)為機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:
1、機(jī)構(gòu)工作平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)空間兩維轉(zhuǎn)動(dòng)和一維移動(dòng)形式的運(yùn)動(dòng)輸出。
[0008]2、機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)副完全放置于固定平臺(tái)之上，大大減少了機(jī)構(gòu)整體的運(yùn)動(dòng)慣性，從而可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的高速運(yùn)動(dòng)。
[0009]3、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝容易，傳動(dòng)精度高，成本低；且工作空間較大，傳動(dòng)特性好；同時(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正、反解簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了軌跡規(guī)劃、控制、校正等一系列技術(shù)問(wèn)題。
[0010]4、通過(guò)在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上串接一個(gè)兩自由度動(dòng)力頭可實(shí)現(xiàn)五自由度混聯(lián)加工中心。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例中運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0013]以下結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。

【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，本發(fā)明提供的空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由固定平臺(tái)1、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2和聯(lián)接上述兩平臺(tái)的三條支鏈組成；其中第一支鏈由固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)依次由安裝在固定平臺(tái)I上的第一導(dǎo)軌D1、套裝在第一導(dǎo)軌Dl上的第一圓柱副Cl、第一圓柱副Cl上固定的第一連桿LI 1、第一連桿Lll另一端固定的第一移動(dòng)副P1、與第一移動(dòng)副Pl移動(dòng)配合的第二連桿L12、第二連桿L12另一端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間安裝的第一胡克鉸Ul組成；第二支鏈由固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)依次由安裝在固定平臺(tái)上的第二導(dǎo)軌D2、套裝在第二導(dǎo)軌上的第二圓柱副C2、第二圓柱副上固定的第三連桿L21、第三連桿另一端固定的第二移動(dòng)副P2、與第二移動(dòng)副移動(dòng)配合的第四連桿L22、第四連桿另一端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間安裝的第二胡克鉸U2組成；第三支鏈由固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)依次由安裝在固定平臺(tái)上的第三導(dǎo)軌D3、套裝在第三導(dǎo)軌上的第三圓柱副C3、第三圓柱副上固定的第五連桿L31、第五連桿另一端固定的第三移動(dòng)副P3、與第三移動(dòng)副移動(dòng)配合的第六連桿L32、第六連桿另一端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間安裝的第三胡克鉸U3組成；其中:
所說(shuō)的三個(gè)胡克鉸(Ul，U2，U3)的一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線分別與對(duì)應(yīng)的移動(dòng)副(Pl、P2、P3)的軸線垂直；
所說(shuō)的三個(gè)圓柱副(Cl，C2, C3)分別和對(duì)應(yīng)的導(dǎo)軌(D1、D2、D3)的軸線平行，且分別與對(duì)應(yīng)的移動(dòng)副(P1、P2、P3)的軸線傾斜相交，傾斜角均相同；
所說(shuō)的三個(gè)導(dǎo)軌(D1、D2、D3)匯交于一點(diǎn)，且均與固定平臺(tái)I平行；
所說(shuō)的三個(gè)圓柱副(Cl，C2, C3)分別沿導(dǎo)軌(D1、D2、D3)的移動(dòng)為機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)。
[0015]如圖1、2所示，通過(guò)驅(qū)動(dòng)三個(gè)圓柱副(Cl，C2，C3 )分別沿導(dǎo)軌(D1、D2、D3 )移動(dòng)到不同的位置時(shí)，其余各移動(dòng)副、胡克鉸則在連桿和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的拉動(dòng)下，做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在工作空間內(nèi)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于該機(jī)構(gòu)由固定平臺(tái)(1)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2)和聯(lián)接上述兩平臺(tái)的三條支鏈組成； 其中第一支鏈由固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)依次由安裝在固定平臺(tái)上的第一導(dǎo)軌(D1)、套裝在第一導(dǎo)軌上的第一圓柱副(C1)、第一圓柱副上固定的第一連桿(L11)、第一連桿另一端固定的第一移動(dòng)副(P1)、與第一移動(dòng)副移動(dòng)配合的第二連桿(L12)、第二連桿另一端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間安裝的第一胡克鉸(U1)組成； 第二支鏈由固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)依次由安裝在固定平臺(tái)上的第二導(dǎo)軌(D2)、套裝在第二導(dǎo)軌上的第二圓柱副(C2)、第二圓柱副上固定的第三連桿(L21)、第三連桿另一端固定的第二移動(dòng)副(P2)、與第二移動(dòng)副移動(dòng)配合的第四連桿(L22)、第四連桿另一端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間安裝的第二胡克鉸(U2)組成； 第三支鏈由固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)依次由安裝在固定平臺(tái)上的第三導(dǎo)軌(D3)、套裝在第三導(dǎo)軌上的第三圓柱副(C3)、第三圓柱副上固定的第五連桿(L31)、第五連桿另一端固定的第三移動(dòng)副(P3)、與第三移動(dòng)副移動(dòng)配合的第六連桿(L32)、第六連桿另一端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間安裝的第三胡克鉸(U3)組成； 所說(shuō)三個(gè)胡克鉸的一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線分別與對(duì)應(yīng)的移動(dòng)副的軸線垂直； 所說(shuō)的三個(gè)圓柱副分別和對(duì)應(yīng)的導(dǎo)軌的軸線平行，且分別與對(duì)應(yīng)的移動(dòng)副的軸線傾斜相交，傾斜角均相同； 所說(shuō)的三個(gè)導(dǎo)軌匯交于一點(diǎn)，且均與固定平臺(tái)(1)平行； 所說(shuō)的三個(gè)圓柱副分別沿導(dǎo)軌的移動(dòng)為機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B25J9/08GK104227710SQ201410504074
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】李彬, 李楊民, 趙新華, 楊玉維, 孟廣柱 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)