CN101704242A

CN101704242A - 2-prt&prs三自由度空间并联机器人机构

Info

Publication number: CN101704242A
Application number: CN200910228324A
Authority: CN
Inventors: 李彬; 赵新华; 魏璇
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2010-05-12

Abstract

本发明公开了一种三自由度空间并联机器人机构。该机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条支链组成，其中两条支链结构相同，自上而下分别由一个胡克铰、一个转动铰、一个移动铰，以及它们之间的连杆组成，另一条支链自上而下分别由一个球铰链、一个转动铰、一个移动铰，以及它们之间的连杆组成。本发明的机构其工作平台可实现一平动两转动的运动输出；该机构关节少，运动副自由度总数只有13个，使得它可以有效的改善并联机构因运动副自由度过多而导致的容易发生挠曲和扭转变形的问题。另外通过在运动平台上串接一个二自由度的旋转头，由此可设计出五自由度的混联机器人，可用于高速加工等场合。

Description

2-PRT&PRS三自由度空间并联机器人机构

【技术领域】

本发明涉及机器人和先进制造技术领域，特别涉及一种实现空间一平动两转动的少自由度并联机器人机构。

【背景技术】

并联机器人机构可定义为：上下平台(固定平台和运动平台)之间用两个或两个以上的运动支链相连，每个运动支链由连杆和运动副组成，运动平台具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的机构。并联机器人机构广泛应用于大型模拟设备、机器人、数控机床、传感器、微操作器、雕刻机和测量机等技术领域。Stewart平台是一种典型的并联机器人机构，该机构具有6个自由度，首次用于并联机器人和数控机床被认为是二十世纪以来机床结构的一次革命，在这以后发明了多种6自由度并联机构。

由于结构的限制，6自由度并联机构有许多技术问题没能很好解决，如运动耦合性强、运动学正解复杂、工作空间小、传动特性差等。少自由度并联机器人机构在工业生产中具有广阔的应用前景，不少学者研究了多种该类型的机构，如Delta机构、Star Like机构等。中国学者在少自由度并联机器人机构的研究方面也取得了大量的研究成果(如专利申请号：01108297.6；01113519.0；03113354.1；200410018623.8；200510037951.7等)。

目前基于3自由度并联机构机器人机构作为定位部件，在其运动平台串接一个2自由度的旋转头而构造出5自由度的混联机器人，在高速加工领域内有着广泛的应用前景，为克服并联结构形式的定位部件存在杆件多、运动副多而导致刚度不足这一问题，需要创造出满足运动形式要求且运动副少、刚度高的新机型。

【发明内容】

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种结构简单、运动副数目少、成本较低、实现一平动两转动的空间并联机器人机构。

本发明为解决上述问题所采用的方案是设计一种利用较少运动副实现一平动两转动的空间并联机器人机构。该机构由运动平台1、固定平台2和联接上述两平台的三条支链M3，M4，M5组成；其中支链M3，M4自上而下分别由一个虎克铰T1，T2、一个移动铰P1，P2，一个转动铰R1，R2以及它们之间的连杆L1，L2，L3，L4组成；支链M5自上而下分别由一个球铰链S1、一个移动铰P3，一个转动铰R3以及它们之间的连杆L5，L6组成；其中：

所说的杆件L2，L4，L6分别通过移动铰P1，P2，P3与固定平台2相联接且此三个移动铰为机构的驱动副，杆件L2，L4的运动轴线共线，杆件L6的运动轴线与杆件L2，L4的运动轴线垂直；

所说的杆件L1，L3，L5分别通过转动铰R1，R2，R3与杆件L2，L4，L6相联接，且转动铰R1的轴线与移动铰P1的轴线垂直，转动铰R2的轴线与移动铰P2的轴线垂直，转动铰R3的轴线与移动铰P3的轴线垂直；

所说的杆件L1，L3，L5分别通过虎克铰T1，T2和球铰链S1与运动平台1相联接，虎克铰T1，T2上的两个轴的轴线与运动平台1共面，且其中一个轴线分别与转动铰R1，R2的轴线平行，球铰链S1的一个轴线与转动铰R3的轴线平行；

所说的运动平台1与固定平台2为相似三角形，且为等腰直角三角形，并满足：虎克铰T1与球铰链S1中心点的连线与虎克铰T2与球铰链S1中心点的连线垂直；转动铰R1与转动铰R3中心点的连线与转动铰R2与转动铰R3中心点的连线垂直。

本发明的有益效果是：

1、机构工作平台可实现一平动两转动的运动输出。

2、机构简单、机构关节少，运动副自由度总数只有13个。

3、可以有效的改善并联机构因运动副自由度过多而导致的容易发生挠曲和扭转变形的问题。

4、通过在运动平台上串接一个二自由度的旋转头，由此可设计出五自由度的混联机器人，可用于复杂曲面等场合。

【附图说明】

图12-PRT&PRS三自由度空间并联机器人机构示意图。

以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

【具体实施方式】

实施例1

利用较少运动副实现一平动两转动的空间并联机器人机构。该机构由运动平台1、固定平台2和联接上述两平台的三条支链M3，M4，M5组成；其中支链M3，M4自上而下分别由一个虎克铰T1，T2、一个移动铰P1，P2，一个转动铰R1，R2以及它们之间的连杆L1，L2，L3，L4组成；支链M5自上而下分别由一个球铰链S1、一个移动铰P3，一个转动铰R3以及它们之间的连杆L5，L6组成。联接杆件L2，L4，L6与固定平台2的移动铰P1，P2，P3为机构的驱动副，与驱动副相邻的转动铰R1，R2，R3轴线分别与驱动副轴线垂直，通过虎克铰T1，T2和球铰链S1将杆件L1，L3，L5与运动平台1相联接，且虎克铰T1，T2的两个轴线与运动平台1共面，且其中一个轴线与转动铰R1，R2轴线平行，球铰链S1的一个轴线与转动铰R3轴线平行。运动平台1与固定平台2为相似三角形，且为等腰直角三角形，虎克铰T1与球铰链S1中心点的连线与虎克铰T2与球铰链S1中心点的连线垂直；转动铰R1与转动铰R3中心点的连线与转动铰R2与转动铰R3中心点的连线垂直。

如图1所示，与固定平台相连的移动铰为P1，P2，P3为驱动副，通过电机带动滚珠丝杆来驱动。当各驱动副在控制下运动不同的位移时，其余各转动副、虎克铰、球铰链则在连杆和运动平台的拉动下，做相应的运动，从而实现运动平台在工作空间内做一平动两转动运动。

Claims

1.一种2-PRT&PRS三自由度空间并联机器人机构，其特征在于该机构由运动平台1、固定平台2和联接上述两平台的三条支链M3，M4，M5组成；其中支链M3，M4自上而下分别由一个虎克铰T1，T2、一个移动铰P1，P2，一个转动铰R1，R2以及它们之间的连杆L1，L2，L3，L4组成；支链M5自上而下分别由一个球铰链S1、一个移动铰P3，一个转动铰R3以及它们之间的连杆L5，L6组成；其中：

所说的杆件L2，L4，L6分别通过移动铰P1，P2，P3与固定平台相联接，移动铰P1，P2，P3为机构驱动副，且杆件L2，L4的运动轴线共线，杆件L6的运动轴线与杆件L2，L4的运动轴线垂直；

所说的杆件L1，L3，L5分别通过虎克铰T1，T2和球铰链S1与运动平台1相联接，虎克铰T1，T2上的两个轴的轴线与运动平台1共面，且其中一个轴线分别与转动铰R1，R2的轴线平行，球铰链S1的一个轴线与转动铰R3的轴线平行。

2.如权利要求1所述的2-PRT&PRS三自由度空间并联机器人机构，其特征在于，所说的运动平台1与固定平台2为相似三角形，且为等腰直角三角形，并满足：虎克铰T1中心点与球铰链S1中心点的连线与虎克铰T2中心点与球铰链S1中心点的连线垂直；转动铰R1中心点与转动铰R3中心点的连线与转动铰R2中心点与转动铰R3中心点的连线垂直。