CN101913146A - 一种含有汇交平行四边形的三平动自由度机器人机构 - Google Patents

一种含有汇交平行四边形的三平动自由度机器人机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含有汇交平行四边形的三平动自由度机器人机构，所述的并联机构由主支链、副支链、静平台、动平台、驱动装置组成，所述主支链、副支链连接所述的静平台和动平台，所述主支链由主动臂和主从动臂组成，所述副支链包括由副主动臂、衬架、副从动臂组成。所述主支链和副支链形成汇交平行四边形，两组所述的汇交平行四边形即可限制动平台的三个转动自由度，从而使得动平台仅有三个平动自由度。

Description

一种含有汇交平行四边形的三平动自由度机器人机构
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别涉及一种含有汇交平行四边形的三平动自由度机器人机构。
背景技术
美国专利US4976572(或WO7703527、EP0250470、CH672079、EP0250470、JP63501760T)公开了一种空间对称三平动并联机构，包括三条主动支链，每条支链包括主动臂和从动臂两部分。此类机构支链的形式分为两种，一种为主动臂和从动臂均为单杆形式，从动臂的两端通过虎克铰分别与主动臂和动平台连接；一种为主动臂为单杆，而从动臂为双杆，双杆从动臂构成平行四边形，每根杆两端通过球铰链分别与主动臂和动平台连接，其中主动臂一端相对于静平台仅具有一个移动或转动自由度，另一端通过球铰与从动臂的一端连接，从而限制动平台相对于固定机架的三个回转自由度。此类机构的铰链不存在标准件，制造周期长，安装复杂。
中国专利200510015750公开了一种含有一种含钢丝平行四边形支链结构的空间三平动并联机构。该机构由固定架、动平台以及分别轴对称均布设置在所述的固定架与动平台之间的三条结构相同的支链构成；所述的支链，由固定设置在所述固定架上的驱动装置、一端连接所述驱动装置的输出端另一端与连接块固接的近架杆、以及一端与所述的连接块球铰接另一端与所述的动平台球铰接的远架杆构成，所述远架杆的两侧对称设置有与之平行的两根钢丝，所述钢丝的两端分别与所述的连接块和动平台球铰接。此类机构的缺点在于由于钢丝是柔性单元当松紧程度不同时其长度亦变化，从而造成动平台姿态发生变化，使得动平台姿态精度难以保证。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述现-有技术中的不足，提供一种制造周期短，安装方便，动平台姿态精度高的，含有汇交平行四边形的三平动自由度机器人机构。
为解决上述技术问题，本发明的基本构思是：由主支链保证动平台的位置精度并驱动动平台，由副支链和主支链构成汇交平行四边形用于保证动平台的姿态精度。
本发明所提供的一种含有汇交平行四边形的三平动自由度机器人机构包括静平台、动平台、三条主支链、二条副支链，所述主支链和副支链共同连接所述的静平台和动平台；所述的主支链由主动臂、从动臂组成，主动臂、从动臂的连接处均采用球铰链连接形式；所述的副支链包括由副主动臂、衬架、副从动臂组成，副主动臂、衬架、副从动臂三者间均采用球铰链的连接形式；所述的主动臂、副主动臂通过平面铰链分别与所述静平台形成连接；所述的从动臂、副从动臂通过球铰链分别与所述的动平台形成连接；所述的主支链和副支链之间通过所述的衬架形成连接，连接处采用平面铰链的形式；所述的三条主支链均匀布置，且均有驱动装置与主动臂连接；所述的副支链分布于其中的任意两条主支链上；所述的副主动臂和主动臂的杆长相等，且其与所述的静平台连接处的两铰链的中心距离等于其与所述的衬架连接处的两铰链的中心距离；所述的从动臂和副从动臂的杆长相等，且其与所述的动平台连接处的两铰链的中心距离等于其与所述的衬架连接处的两铰链的中心轴距离。
本发明的有益效果是：增加副支链，限制了动平台的三个回转自由度，使动平台相对静平台仅具有三个平动自由度。由主支链保证动平台的位置精度，由副支链和主支链构成的汇交平行四边形保证动平台的姿态精度，避免了钢丝弹性所造成的姿态误差。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的主支链的结构示意图；
图3是本发明的副支链和主支链构成的汇交平行四边形的结构示意图；
图4是图3的I部放大图；
图5是图3的II部放大图；
图中：1：静平台，2：副主动臂，3：衬架，4：主动臂，5：从动臂，6：副从动臂，7：动平台  8：驱动装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种具有汇交平行四边形的空间三平动并联机构，由静平台1，动平台7，设置在所述的静平台1与动平台7之间的三条结构相同的主支链以及两条副支链连接静平台1与动平台7，所述的主支链和副支链构成两条汇交平行四边形支链，可以限制动平台7的三个回转自由度。
请参见图2，所述的三条主支链分别由驱动装置8，主动臂4和从动臂5构成；所述三条主动支链之一与所述的静平台1和动平台7的连接方式是：如图1所示，所述的驱动装置8固定连接静平台1；所述主动臂4的一端连接所述驱动装置8的输出端，其另一端(末端)与所述的主从动臂5一端球铰接；所述从动臂5的一端与主动臂4的球铰接，其另一端与动平台7球铰接。
所述的驱动装置8与静平台1固定连接，可使其输出端为与其连接的动平台4提供一个移动或转动自由度；驱动装置8采用了伺服电机-减速器的结构形式，为与其连接的主动臂4提供一个转动自由度，为了达到同样目的，还可以采用扭矩电机驱动，为与其连接的主动臂4提供一个转动自由度。在某种应用状况下，也可以采用直线电机的驱动方式，为与其连接的主动臂4提供一个移动自由度。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。
请参见图3、图4、图5，所述的一组汇交平行四边形，由两个平行四边形组成。第一个平行四边形，请参见图4，设静平台1上连接所述的主动臂4和副主动臂2的轴中心连线为直线D，所述衬架3上连接所述的主动臂4和副主动臂3的轴中心连线为直线E，所述的副主动臂2为直线F，所述主动臂4为直线G，则直线D等于E，直线F等于G。由平行四边形判定定理，可得该四条直线形成一个平行四边形。第二个平行四边形请参见图5，设所述的动平台7上连接所述的从动臂5和副从动臂6的轴中心连线为J，所述衬架3上连接所述的从动臂5和副从动臂6的轴中心连线为直线K，所述的从动臂5为直线L，所述的副从动臂6的为直线Q，则直线J等于K，直线L等于Q。由平行四边形判定定理，可得该四条直线形成一个平行四边形。由于这两个平行四边形分别有一边位于衬架3上，因此它们的相对角度固定不变。因此直线K和静平台1上的直线D始终成一固定角度，从而使得动平台7上的一条直线平行于静平台。而两组汇交平行四边形使得动平台7上的两条相交直线平行于静平台，进而动平台的3个转动自由度得到限制。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：
(1)采用汇交平行四边形作为限制转动自由度的约束；
(2)利用通用标准件球铰链作为各处的链接方式；
本发明与现有技术的不同之处在于：采用两组汇交平行四边形限制动平台的转动自由度，从而构成一种全新的空间三平动并联机构。该机构的有益效果是：有效避免了由于钢丝弹性引起的姿态误差，并且制作简单、安装调试方便，从而降低了机构的制造成本。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的由从动支链来限制动平台的回转自由度方法，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种含有汇交平行四边形的三平动自由度机器人机构，包括静平台、动平台、三条主支链、二条副支链，所述主支链和副支链共同连接所述的静平台和动平台；所述的主支链由主动臂、从动臂组成，主动臂、从动臂的连接处均采用球铰链连接形式；所述的副支链包括由副主动臂、衬架、副从动臂组成，副主动臂、衬架、副从动臂三者间均采用球铰链的连接形式；所述的主动臂、副主动臂通过平面铰链分别与所述静平台形成连接；所述的从动臂、副从动臂通过球铰链分别与所述的动平台形成连接；所述的主支链和副支链之间通过所述的衬架形成连接，连接处采用平面铰链的形式；所述的三条主支链均匀布置，且均有驱动装置与主动臂连接；所述的副支链分布于其中的任意两条主支链上；所述的副主动臂和主动臂的杆长相等，且其与所述的静平台连接处的两铰链的中心距离等于其与所述的衬架连接处的两铰链的中心距离；所述的从动臂和副从动臂的杆长相等，且其与所述的动平台连接处的两铰链的中心距离等于其与所述的衬架连接处的两铰链的中心轴距离。
2.根据权利要求1所述的一种含有汇交平行四边形的三平动自由度机器人机构，其特征在于：所述的驱动装置采用伺服电机-减速器结构。
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