CN101905458A - 一种三平动空间并联机器人机构 - Google Patents
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Abstract
一种三平动空间并联机器人机构，涉及机器人和先进制造技术领域，特别涉及一种实现空间三平动的空间三自由度并联机器人机构。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，其中两条支链分别由运动平台到固定平台分别由转动铰、虎克铰、转动铰，以及它们之间的连杆组成，另一条支链自上而下分别由转动铰、球铰链、转动铰，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笛卡尔坐标系下的三维平动的运动输出；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。由于机构的三个驱动副(转动铰)直接与固定平台相接，由此大大减少了机构的运动惯性，从而可以实现机构的高速运动。
Description
【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三平动的空间三自由度并联机器人机构。
【背景技术】
并联机构是一组有两个或两个以上的分支机构并联而成的机构。它的特点是所有分支机构可同时接受驱动器输入，而最终共同给出输出，在机构学上属于多路闭环机械系统。以并联机构作为传动进给机构的数控机床、机器人操作机以及由此组成的制造单元统称为并联构型装备，是近年来发展起来的一种有着广阔应用前景的新型制造装备。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3平动并联机构机器人机构作为拾取机构具有广阔的应用前景，为克服并联结构形式的定位部件存在杆件多、运动副多、执行部分的惯性大而导致机构运行速度不高这一问题，需要创造出满足运动形式要求且运动副少、运行速度高的新机型。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种结构简单、运动副数目少、成本较低、实现三平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三平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A1B1，A2B2，A3B3组成；其中支链A1B1，A2B2自上而下分别由转动铰R12，R22、虎克铰T1，T2，转动铰R11，R21以及它们之间的连杆L11，L12，L21，L22组成；支链3自上而下分别由转动铰R32，球铰链S1、转动铰R31以及它们之间的连杆L31，L32组成；其中：
所说的连杆L12，L22，L32分别通过转动铰R12，R22，R32与运动平台1相联接，且转动铰R12的轴线与A1，A2的连线垂直，转动铰R22的轴线与A1，A2的连线垂直，转动铰R32的轴线与A1，A2的连线平行；
所说的连杆L11，L21，L31分别通过转动铰R11，R21，R31与固定平台2相联接，且转动铰R11的轴线与B1，B2的连线垂直，转动铰R21的轴线与B1，B2的连线垂直，转动铰R31的轴线与B1，B2的连线平行。
所说的虎克铰T1，T2，以及球铰链S1的中的一个轴线与转动铰R11，R21，R31的轴线分别平行；所说的转动铰R11，R21，R31为机构的驱动铰。
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：A1A3⊥A2A3；B1B3⊥B2B3。
本发明的有益效果是：
1、机构工作平台可实现三平动形式的运动输出。
2、机构简单、机构关节少，运动副自由度总数只有13个。
3、机构的驱动副完全放置于固定平台之上，大大减少了机构整体的运动惯性，从而可以实现机构的高速运动。
4、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。
5、通过在运动平台上串接一个夹持工具，由此可应用于高速拾取的场合。
【附图说明】
图1是本发明的过约束三自由度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】
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，且该机构的驱动部分完全放置于固定平台，大大减少了机构整体的运动惯性。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A1B1，A2B2，A3B3组成；其中支链A1B1，A2B2自上而下分别由转动铰R12，R22、虎克铰T1，T2，转动铰R11，R21以及它们之间的连杆L11，L12，L21，L22组成；支链3自上而下分别由转动铰R32，球铰链S1、转动铰R31以及它们之间的连杆L31，L32组成；其中：
所说的连杆L12，L22，L32分别通过转动铰R12，R22，R32与运动平台1相联接，且转动铰R12的轴线与A1，A2的连线垂直，转动铰R22的轴线与A1，A2的连线垂直，转动铰R32的轴线与A1，A2的连线平行；
所说的连杆L11，L21，L31分别通过转动铰R11，R21，R31与固定平台2相联接，且转动铰R11的轴线与B1，B2的连线垂直，转动铰R21的轴线与B1，B2的连线垂直，转动铰R31的轴线与B1，B2的连线平行。
所说的虎克铰T1，T2，以及球铰链S1的中的一个轴线与转动铰R11，R21，R31的轴线分别平行；所说的转动铰R11，R21，R31为机构的驱动铰。
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：
A1A3⊥A2A3；B1B3⊥B2B3。
如图1所示，与固定平台相连的转动铰为R11，R21，R31为驱动副，通过电机旋转来驱动。当各驱动副在控制下运动不同的角度时，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平动运动。
Claims (3)
1.一种三平动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A1B1，A2B2，A3B3组成；其中支链A1B1，A2B2自上而下分别由转动铰R12，R22、虎克铰T1，T2，转动铰R11，R21以及它们之间的连杆L11，L12，L21，L22组成；支链3自上而下分别由转动铰R32，球铰链S1、转动铰R31以及它们之间的连杆L31，L32组成；其中：
所说的连杆L12，L22，L32分别通过转动铰R12，R22，R32与运动平台1相联接，且转动铰R12的轴线与A1，A2的连线垂直，转动铰R22的轴线与A1，A2的连线垂直，转动铰R32的轴线与A1，A2的连线平行；
所说的连杆L11，L21，L31分别通过转动铰R11，R21，R31与固定平台2相联接，且转动铰R11的轴线与B1，B2的连线垂直，转动铰R21的轴线与B1，B2的连线垂直，转动铰R31的轴线与B1，B2的连线平行。
2.如权利要求1所述的三平动空间并联机器人机构，其特征在于，所说的虎克铰T1，T2，以及球铰链S1的中的一个轴线与转动铰R11，R21，R31的轴线分别平行；所说的转动铰R11，R21，R31为机构的驱动铰。
3.如权利要求1所述的三平动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：A1A3⊥A2A3；B1B3⊥B2B3。
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