CN100421885C - 具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人领域，特别是涉及一类具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构。该机构由动平台(1)、定平台(11)和连接动平台(1)、定平台(11)的分支所组成，所述的分支为3个、4个或5个结构完全相同的分支，所有分支中从动平台(1)开始计数的前3个运动副(2)、(4)和(6)为转动副，其特征是：三个转动副中只有前两个转动副的轴线在空间相交于同一点，第三个转动副的轴线与前两个转动副的轴线不相交。其中4自由度并联机器人机构可以实现三维空间的3个转动和沿机构动平台(1)法线方向的一个移动；5自由度并联机器人机构可以实现三维空间的3个转动和2个移动。它们可以被应用作为机器人、微动作器或并联机床。
Description
技术领域
本项发明属于机器人领域，特别涉及一类具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构。
背景技术
并联机器人机构属于空间多自由度多环闭链机构，和串联机构相比，并联机器人机构具有刚度大、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点。目前，并联机器人机构被广泛应用于除并联机器人外的虚拟轴机床、微动操作台、各种运动模拟器、传感器等诸多方面。2001年10月，燕山大学学报第25卷第4期发表了《两种新型对称五自由度并联机器人机构》，该文提出的两种新型对称五自由度并联机器人机构，可以实现空间的三个转动和两个移动，具有结构简单、转动和移动运动解耦等特点。但是，这种并联机器人机构所有分支中从动平台开始计数的前3个运动副为转动副，它们的轴线在空间相交于同一点，这种结构汇交的轴线数目较多，因此，加工制造难度大，不易推广应用。
目前3、6自由度的并联机器人机构较多，应用较为广泛，而4、5自由度并联机床结构较少，已有的少数4、5自由度并联机器人机构大都不具有完全对称性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的各向同性好的对称的4、5自由度并联机器人机构，该发明具有刚度高、结构简单、加工装配性好等优点。
这种具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构(其中转动副记为R，移动副记为P)，由动平台1、定平台11和连接动平台1、定平台11的分支所组成，所述的分支为3个、4个或5个结构完全相同的分支，所有分支中从动平台1开始计数的前3个运动副2、4和6为转动副，其特征是：三个转动副中只有前两个转动副的轴线在空间相交于同一点，第三个转动副的轴线与前两个转动副的轴线不相交。
第一种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构中，动平台1、和定平台11通过3个结构完全相同的分支相连接，3个分支的转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副6连接连杆7和连杆5，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副2连接连杆3和动平台1，所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、8和10为转动副，它们的轴线平行于定平台11。
在第二种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构中，把第一种4自由度对称并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为移动副12，所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、12和10分别为转动副、移动副和转动副；2个转动副6和10的都轴线相互平行，移动副12的轴线垂直于转动副6和10的轴线。
在第三种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构中，动平台1、和定平台11都是四边形，通过4个结构完全相同的分支相连接，所有4个分支的转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副6连接连杆7和连杆5，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副2连接连杆3和动平台1；所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、8和10为转动副，它们的轴线平行于定平台11。
在第四种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构中，把第三种4自由度对称并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为移动副12，所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、12和10分别为转动副、移动副和转动副；转动副6、10的轴线平行于定平台11，移动副12的轴线垂直于转动副6、10的轴线。
在第一种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构中，动平台1、和定平台11通过3个结构完全相同的分支相连接，3个分支的转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副6连接连杆7和连杆5，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副2连接连杆3和动平台1，所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、8和10为转动副，它们的轴线垂直于定平台11。
在第二种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构中，把第一种5自由度对称并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为移动副12，所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、12和10分别为转动副、移动副和转动副；移动副12的轴线垂直于转动副6、10的轴线，平行于定平台11。
在第三种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构中，动平台1、和定平台11都是五边形，通过5个结构完全相同的分支相连接，所有5个分支的转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副6连接连杆7和连杆5，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副2连接连杆3和动平台1；所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、8和10为转动副，它们的轴线垂直于定平台11。
在第四种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构中，把第三种5自由度对称并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为移动副12，所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、12和10分别为转动副、移动副和转动副；移动副12的轴线垂直于转动副6、10的轴线，平行于定平台11。
本发明的有益效果是：结构简单，刚度高、零件种类少，容易制造以及可以根据应用要求，转动副或移动副都可作为运动输入。
附图说明
图1是本发明的4自由度3-RRRRR并联机器人机构的结构示意图；
图2是本发明的4自由度3-RPRRR并联机器人机构的结构示意图；
图3是本发明的4自由度4-RRRRR并联机器人机构的结构示意图；
图4是本发明的4自由度4-RPRRR并联机器人机构的结构示意图；
图5是本发明的5自由度3-RRRRR-1并联机器人机构的结构示意图；
图6是本发明的5自由度3-RPRRR-1并联机器人机构的结构示意图；
图7是本发明的5自由度5-RRRRR并联机器人机构的结构示意图；
图8是本发明的5自由度5-RPRRR并联机器人机构的结构示意图。
在上述附图中，1.动平台，2、4、6、8、10.转动副，3、5、7、9.连杆，12.移动副。
具体实施方式
实施例1：4自由度3-RRRRR并联机器人机构
在4自由度3-RRRRR并联机器人机构中(见图1)，定平台11和动平台1通过3个结构完全相同的分支相连接。每个分支中从动平台1开始计数的前2个运动副为转动副2和4，3个分支共有6个这样的转动副，它们的轴线在空间相交于同一点。每个分支中，转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副6连接连杆7和连杆5，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副2连接连杆3和动平台1。转动副6、8和10的轴线平行于定平台11。
实施例2：4自由度3-RPRRR并联机器人机构
把实施例1中的3-RRRRR并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为轴线垂直于转动副6和转动副10的移动副12，即可得到4自由度3-RPRRR并联机器人机构(见图2)，所有分支中从定平台(11)开始计数的前3个运动副6、12和10分别为转动副、移动副和转动副；2个转动副6和10的都轴线相互平行，移动副12的轴线垂直于转动副6和10的轴线。
实施例3：4自由度4-RRRRR并联机器人机构
在4自由度4-RRRRR并联机器人机构中(见图3)，定平台11和动平台1通过4个结构完全相同的分支相连接，每个分支中从动平台1开始计数的前2个运动副为转动副2和4，4个分支共有8个这样的转动副，它们的轴线在空间相交于同一点。每个分支中，转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副6连接连杆7和连杆5，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副2连接连杆3和动平台1，所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、8和10为转动副，它们的轴线平行于定平台11。
实施例4：4自由度4-RPRRR并联机器人机构
把实施例3中的4-RRRRR并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为轴线垂直于转动副6和转动副10的移动副12，即可得到4自由度4-RPRRR并联机器人机构(见图4)，所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、12和10分别为转动副、移动副和转动副；2个转动副6和10的都轴线相互平行，移动副12的轴线垂直于转动副6、10的轴线。
实施例5：5自由度3-RRRRR-1并联机器人机构
在5自由度3-RRRRR-1并联机器人机构中(见图5)，定平台11和动平台1通过3个结构完全相同的分支相连接，每个分支中从动平台1开始计数的前2个运动副为转动副2和4，3个分支共有6个这样的转动副，它们的轴线在空间相交于同一点；每个分支中，转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副6连接连杆7和连杆5，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副2连接连杆3和动平台1，所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、8和10为转动副，它们的轴线垂直于定平台11。
实施例6：5自由度3-RPRRR-1并联机器人机构
把实施例5中的3-RRRRR-1并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为轴线垂直于转动副6和转动副10的移动副12，即可得到5自由度3-RPRRR-1并联机器人机构(见图6)，所有分支中从定平台(11)开始计数的前3个运动副6、12和10分别为转动副、移动副和转动副；2个转动副6和10的轴线都垂直于定平台11，移动副12的轴线垂直于转动副6、10的轴线，平行于定平台11。
实施例7：5自由度5-RRRRR并联机器人机构
在5自由度3-RRRRR-1并联机器人机构中，定平台11和动平台1通过5个结构完全相同的分支相连接(见图7)，每个分支中从动平台1开始计数的前2个运动副为转动副2和4，5个分支共有10个这样的转动副，它们的轴线在空间相交于同一点；每个分支中，转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副6连接连杆7和连杆5，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副2连接连杆3和动平台1。所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、8和10为转动副，它们的的轴线垂直于定平台11。
实施例8：5自由度5-RPRRR并联机器人机构
把实施例7中的5-RRRRR并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为轴线垂直于转动副6和转动副10的移动副12，即可得到5自由度5-RPRRR并联机器人机构(见图8)，所有分支中从定平台11开始计数的前3个运动副6、12和10分别为转动副、移动副和转动副，2个转动副6和10的轴线都垂直于定平台11，移动副12的轴线垂直于转动副6、10的轴线，平行于定平台11。
本发明的具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构，具有很好的运动学性能、高的刚度和较大的工作空间；其运动学正反解十分简单，易于控制；其中的4自由度对称并联机器人机构可以实现空间的3个转动和沿动平台1法线方向的1个移动；5自由度对称并联机器人机构可以实现空间的3个转动和2个移动；可广泛用于并联机器人、微动工作台、虚拟轴机床和飞行模拟器等。
Claims (10)
1. 一种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构，由动平台(1)、定平台(11)和连接动平台(1)、定平台(11)的分支所组成，所述的分支为3个、4个或5个结构完全相同的分支，所有分支中从动平台(1)开始计数的前3个运动副(2，4，6)为转动副，其特征是：三个转动副中只有前两个转动副的轴线在空间相交于同一点，第三个转动副(6)的轴线与前两个转动副(2，4)的轴线不相交，并且平行于定平台(11)。
2. 根据权利要求1所说的具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构，其特征是：所有分支中从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6，8，10)为转动副，它们的轴线平行于定平台(11)。
3. 根据权利要求1所说的具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构，其特征是：所有分支中从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6，12，10)分别为转动副、移动副和转动副；2个转动副(6，8)的都轴线相互平行，移动副(12)的轴线垂直于转动副(6，8)的轴线。
4. 根据权利要求1所说的具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构，其特征是：所有分支中从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6，8，10)分别为转动副，它们的轴线平行于定平台(11)。
5. 根据权利要求1所说的具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构，其特征是：所有分支中从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6，12，10)分别为转动副、移动副和转动副；2个转动副(6，10)的都轴线相互平行，移动副(12)的轴线垂直于转动副(6，10)的轴线。
6. 一种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构，由动平台(1)、定平台(11)和连接动平台(1)、定平台(11)的分支所组成，所述的分支为3个、4个或5个结构完全相同的分支，所有分支中从动平台(1)开始计数的前3个运动副(2，4，6)为转动副，其特征是：三个转动副中只有前两个转动副的轴线在空间相交于同一点，第三个转动副(6)的轴线与前两个转动副(2，4)的轴线不相交，并且垂直于定平台(11)。转动副中只有前两个转动副的轴线在空间相交于同一点，第三个转动副的轴线与前两个转动副的轴线不相交。
7. 根据权利要求6所说的具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构，其特征是：所有分支中从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(8)和(10)为转动副，它们的轴线垂直于定平台(11)。
8. 根据权利要求6所说的具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构，其特征是：所有分支中从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(12)和(10)分别为转动副、移动副和转动副；2个转动副(6)和(10)的轴线都垂直于定平台(11)，移动副(12)的轴线垂直于转动副(6)、(10)的轴线，平行于定平台(11)。
9. 根据权利要求6所说的具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构，其特征是：所有分支中从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(8)和(10)为转动副，它们的轴线垂直于定平台(11)。
10. 根据权利要求6所说的具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构，其特征是：所有分支中从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(12)和(10)分别为转动副、移动副和转动副；2个转动副(6)和(10)的轴线都垂直于定平台(11)，移动副(12)的轴线垂直于转动副(6)、(10)的轴线，平行于定平台(11)。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081001 Termination date: 20110309 |