CN100439050C - 含螺旋副的精密微动并联三维移动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空间并联机器人机构领域。其特征是：每个分支有一个螺旋副和三个转动副，它们的轴线相互平行；安装在上平台1上的三个转动副的轴线可以平行同一平面，安装在下平台10上的三个转动副的轴线与上平台上的相对应可以平行同一平面；同一分支上固连于支座9上的转动副11的轴线与螺旋副8的轴线共线。该发明可实现空间的三维移动。除具有并联机构的刚度大、承载高的特点外，还具有机构相对简单，结构对称等特点，可实现高的传动精度(1～2μm)和大的行程(20mm)。本发明可设计出各种用途的空间并联机器人、并联虚拟轴机床、微动机器人以及传感器元件等。

Description

含螺旋副的精密微动并联三维移动机构
技术领域
本项发明属于空间并联机器人机构领域。
背景技术
空间并联机器人是当今机器人领域国内外研究的热点之一。与串联机器人相比，并联机器人具有刚度大、负荷自重比高等优点。最早的空间六自由度并联机器人是基于Stewart 1965年采用的6-SPS平台机构。这种空间并联机构开始用于飞行模拟器，近年来又被设计成并联虚拟轴机床，微动机器人和传感器元件等。近年来，新型少自由度并联机器人机构成为新的研究热点。由于这种机构相对具有结构简单、造价低等特点，在工业生产及其他领域有着广阔的应用前景。如Hunt1983年提出三自由度的3-RPS空间并联机构已引起广泛兴趣；1990年Pierrot等提出一种称为Delta机构的三维移动机构，该机构为17杆21运动副，其中12个球面副，虽机构十分复杂，已有了广泛的应用；1995年Tsai发明了一种较简单的三自由度三维移动机构，并获得了美国专利，该机构也为17杆21运动副。精密微动在许多领域有十分重要的意义，如用于微操作机器人，可从事细胞注射，光线对接，微加工，微装配的多项重要的工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于螺旋副和转动副的微动空间并联三维移动机构。该发明具有机构相对简单，结构对称等特点，可实现空间的三维移动。
这种含有螺旋副的精密微动空间并联三维移动机构，由上平台1、下平台10，及连接上平台1、下平台10的三个分支组成，其特征是：每个分支有一个螺旋副和三个转动副，即三个R1HR2R3分支，其中Rj(j＝1，2，3)表示转动副，H表示螺旋副，它们的轴线相互平行；安装在上平台1上的三个转动副的轴线可以平行同一平面，安装在下平台10上的三个转动副的轴线与上平台上的相对应可以平行同一平面；同一分支上固连于支座9上的转动副11的轴线与螺旋副8的轴线共线；三个输入是三个安装在支座9的电机6驱动三个丝杠7，丝母固连于连接螺旋副8(H)和转动副11(R1)的下臂连杆5上，传动丝杠机构也可以用差动螺旋副代替；采用本机构设计的微动机器人、并联机床和工作台，转动副可以是普通精密转动副，也可以是弹性铰链。
本发明的有益效果是：结构相对简单、对称，刚度大、承载高、精度高。可实现工作范围在0.001-10.000mm之间的三维微操作，还可实现更大范围的三维移动。
附图说明
附图1.含螺旋副的精密微动并联三维移动机构示意图。
在图1中，上下六边形表示上下平台，每个分支是RHRR运动链。O-XYZ为固联于下平台的坐标系，$ij(i＝1，2，3；j＝1，2，..4)表示运动副的轴线。1.上平台，2.转动副R3，3.上臂，4.转动副R2，5.下臂连杆，6.电机，7.丝杠，8.螺旋副H，9.支座，10.下平台，11.转动副R1。
具体实施方式
本发明公开的3-RHRR空间并联三维移动机构由上平台1、下平台10，及连接上下平台的三个R1HR2R3分支构成(见图1)，同一分支上四个运动副轴线平行；固连于上平台1的三个转动副轴线平行上平台1平面；同一分支上固连于支座9上的转动副11(R1)的轴线与螺旋副8(H)的轴线共线，其构件是一个传动螺杆，三个输入是三个安装在支座9的电机6驱动三个传动螺杆，螺母固连于连接螺旋副8(H)和转动副(11)R1的下臂连杆5上。
传动螺杆或滚珠丝杠机构可为普通传动螺旋副和滚珠丝杠副，也可以是差动螺旋副，此时为3-HHRR机构；采用本机构设计的微动机器人或传感器元件，运动副可是普通精密转动副，还可以是弹性铰链。
本发明可用于设计各种用途的空间并联机器人(如生产装配线上零件装配等)、并联虚拟轴机床、微动机器人以及传感器元件等。

Claims (2)

1.一种含有螺旋副的精密微动空间并联三维移动机构，由上平台(1)、下平台(10)及连接上平台(1)和下平台(10)的三个分支组成，其特征是：每个分支有一个螺旋副和三个转动副，它们的轴线相互平行；安装在上平台(1)上的三个转动副的轴线平行同一平面，同一分支安装在下平台(10)上的支座(9)上的转动副R1(11)的轴线与螺旋副H(8)的轴线共线。
2.根据权利要求1所述的含有螺旋副的精密微动空间并联三维移动机构，其特征是：每个分支由安装在支座(9)上的电机(6)驱动丝杠(7)转动，丝母固连于连接螺旋副H(8)和转动副R2(4)的下臂连杆5上，所述丝杠(7)与下臂连杆(5)下端的所述丝母配合构成所述螺旋副H(8)。
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