CN101036986B - 一种具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于机器人技术领域的一种具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构。这种机构由动平台、固定平台及连接它们的四条结构完全相同的闭环运动支链，分别为闭环运动支链I、闭环运动支链II、闭环运动支链III以及闭环运动支链IV；每条闭环运动支链都含一类具有对称结构的六杆球形机构，该球形机构各转动副轴线之间的夹角对称相等，动平台和固定平台与每条闭环运动支链用转动副连接。闭环运动支链I和闭环运动支链III连接的动平台和固定平台的转动副轴线分别平行；闭环运动支链II和闭环运动支链IV连接的动平台和固定平台的转动副轴线分别平行。本发明具有结构对称，运动副简单，工作空间大，便于制造等优点。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构。
背景技术
并联机器人具有刚度大、符合自重比高等传统的串连机器人所没有的优点，近年来成为了国际上机器人学研究的热点和焦点。并联机器人通常由动平台和固定平台通过运动支链连接而成，早期的并联机器人通常是6自由度的6-SPSStewart平台机构，Stewart平台机构具有工作空间小、运动正解困难、结构设计复杂及位置与参数藕合等缺点。为了克服6自由度并联机构的这些缺点，近年来许多研究人员把注意力转向了少自由度(动平台运动自由度数目少于6)并联机器人，少自由度并联机器人机构具有结构简单、工作空间较大、设计与控制比较简单等优点。目前已有的少自由度并联机器人以三自由度并联机器人为主，而在已有的少自由度并联机器人机型中，与实际应用中的广泛要求相距甚远，较好的只有很少的几种，如Clavel(CLAVEL R.，“Delta，A fast robot with parallelgeometry”，Proceedings of the International Symposium on IndustrialRobot，1988，Switzerland，pp.91-100.)1988年将4S(S-球面副)平行四边形机构用于并联机器人的分支中，设计出的著名的DELTA三自由度移动机构；Tsai等(TSAI L W，WALSH G C，Stamper RE.“Kinematics of a Novel Three DOFTranslational Platform”，IEEE International Conference on Robotics andAutomation，Minneapolis，Minnesota，April 1996，pp.3446-3451.)在1996年提出的三自由度移动并联机构。另外，具有两转动和一转动的三自由度并联机器人有Hunt(Hunt K H.，“Structural Kinematics of In-Parallel-ActuatedRobot Arms，”Journal of Mechanisms，Transmissions and Automation inDesign，1983，105：705-712.)1983年提出的3-RPS(R-转动副、P-移动副)并联机构，这种并联机构含有球面副，其设计和加工比较困难，并且一些自由度的运动性质是瞬时的而不是连续的。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构。
本发明的技术方案是：本发明的并联机器人机构由固定平台、动平台及连接它们的闭环运动支链组成，其特征在于：四条结构完全相同的闭环运动支链，分别为闭环运动支链I、闭环运动支链II、闭环运动支链III以及闭环运动支链IV都含具有对称结构的六连接杆球形机构，每条闭环运动支链与固定平台和动平台相连接的运动副都是转动副，当机构运动时，动平台具有三个自由度。
所述每个闭环支链由8个转动副和六根连杆连接构成。
所述每个闭环支链为具有对称结构的六杆球形机构。
所述固定平台和动平台都是正方形，四个具有完全相同结构的闭环支链分别用转动副连接到固定平台和动平台的每条边上，每条闭环运动支链相交于一点的六个转动副轴线之间的夹角对称相等。
本发明所具有的有益效果：提供了一种具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构，这种机构具有结构对称、设计制造成本低、工作空间大等优点，可应用于并联机器人、并联机床等工业领域。
附图说明
图1为具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构示意图。
图1中：固定平台1、动平台2、四条闭环运动支链I、闭环运动支链II、闭环运动支链III及闭环运动支链IV、转动副i(i为4，6，8，…62，64，66)，转动副的轴线j(j＝i-1即j为3，5，7，…63，65)。
图2为具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构中用到的第一种转动副结构示意图。
图3为具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构中用到的第二种转动副结构示意图。
具体实施方式
1本发明提供一种具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构。
下面结合附图和实施例对本发明予以进一步说明。
实施例
图1所示为具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构示意图。
图中的并联机器人机构由固定平台1和动平台2及连接动平台2和固定平台1的四条闭环运动支链I、闭环运动支链II、闭环运动支链III及闭环运动支链IV组成，机构中所有的运动副都是转动副。
本发明四条闭环运动支链的结构完全相同，所有闭环支链都是一类具有对称结构的六杆球形机构，每条闭环支链由8个转动副和六根连杆连接构成。
每条闭环运动支链与固定平台1和动平台2相连接的运动副都是转动副，选取该机构闭环运动支链与固定平台相连的转动副(4、20，36，52)中的三个为主动输入，当机构运动时，比如转动副4、20和36为主动输入(如图1、2、3所示)，分别绕轴线3、19和35转动，动平台2可以实现绕平行于X、Y方向轴线的转动和沿Z轴方向的移动。
固定平台1和动平台2都是正方形，四个具有完全相同结构的闭环运动支链分别用转动副连接到固定平台和动平台的每条边上，每条闭环运动支链相交于一点的六个转动副轴线之间的夹角对称相等。
闭环运动支链I连接动平台的转动副轴线11与闭环运动支链III连接动平台的转动副轴线43平行；闭环运动支链II连接动平台的转动副轴线27与闭环运动支链IV连接动平台的转动副轴线59平行。
闭环运动支链I连接固定平台的转动副轴线3与闭环运动支链III连接固定平台的转动副轴线35平行；闭环运动支链II连接固定平台的转动副轴线19与闭环运动支链IV连接固定平台的转动副轴线51平行。
闭环运动支链I、闭环运动支链II、闭环运动支链III及闭环运动支链IV连接动平台的四个转动副轴线11、27、43及59在同一平面内；闭环运动支链I、闭环运动支链II、闭环运动支链III及闭环运动支链IV连接固定平台的四个转动副轴线3、19、35及51在同一平面内。
本发明具有结构对称，运动副简单，工作空间大，便于制造等优点。
Claims (6)
1.一种具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构，这种机构由固定平台(1)和动平台(2)及连接动平台和固定平台的四条闭环运动支链组成，其特征在于：四条结构完全相同的闭环运动支链，分别为闭环运动支链I、闭环运动支链II、闭环运动支链III以及闭环运动支链IV，都含具有对称结构的六根连杆球形机构，所述固定平台(1)和动平台(2)都是正方形，通过四个具有结构完全相同的分支连接，每条闭环运动支链相交于一点的六个转动副轴线之间的夹角对称相等；每条闭环运动支链与固定平台(1)和动平台(2)相连接的运动副都是转动副，当机构运动时，动平台(2)具有三个自由度。
2.根据权利要求1所述的具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构，其特征在于：所述每个闭环运动支链由8个转动副和六根连杆(67)连接构成。
3.根据权利要求1所述的具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构，其特征在于：所述机构中所有运动副i(i为4，6，8，…62，64，66)都为只有一个自由度的转动副。
4.根据权利要求1所述的具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构，其特征在于：闭环运动支链I连接动平台(2)的转动副轴线(11)与闭环运动支链III连接动平台(2)的转动副轴线(43)平行；闭环运动支链II连接动平台(2)的转动副轴线(27)与闭环运动支链IV连接动平台(2)的转动副轴线(59)平行。
5.根据权利要求1所述的具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构，其特征在于：闭环运动支链I连接固定平台的转动副轴线(3)与闭环运动支链III连接固定平台的转动副轴线(35)平行；闭环运动支链II连接固定平台的转动副轴线(19)与闭环运动支链IV连接固定平台的转动副轴线(51)平行。
6.根据权利要求1所述的具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构，其特征在于：所述闭环运动支链I、闭环运动支链II、闭环运动支链III及闭环运动支链IV连接动平台(2)的四个转动副轴线(11、27、43、59)在同一平面内；所述闭环运动支链I、闭环运动支链II、闭环运动支链III及闭环运动支链IV连接固定平台(1)的四个转动副轴线(3、19、35、51)在同一平面内。
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