CN101961869B - 一种三平动自由度机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三平动自由度机器人机构，包括机架、动平台及三条结构相同的支链，每条支链均设有驱动装置，每条支链包括副主动臂、衬架、主动臂、从动臂和拐轴铰链；衬架的上端部、下端部和中部分别设有铰接位，主动臂的一端与驱动装置的输出轴连接，主动臂的另一端通过第三铰链轴连接于衬架的中部铰接位，衬架的上端部铰接位通过第二铰链轴与副主动臂的一端连接，副主动臂的另一端通过第一铰链轴与机架连接，衬架的下端部铰接位通过拐轴铰链与从动臂的一端连接，从动臂的另一端与动平台通过拐轴铰链铰接；副主动臂、衬架、主动臂和机架之间形成一个平行四边形。本发明有效地保证了动平台的姿态精度；并且本发明结构简单，安装方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别涉及一种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
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种动平台姿态精度高、结构简单、安装方便的三平动自由度机器人机构。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种三平动自由度机器人机构，包括机架、动平台及三条结构相同的支链，每条支链均设有驱动装置，所述驱动装置固接在机架上，所述三条支链均布在所述机架和所述动平台之间，所述每条支链包括副主动臂、衬架、主动臂、从动臂和拐轴铰链；所述衬架的上端部、下端部和中部分别设有铰接位，该机器人机构处于初始状态时，所述衬架的中部铰接位处于其上端部铰接位和下端部铰接位连线的内侧；所述主动臂的一端与所述驱动装置的输出轴连接，所述主动臂的另一端通过第三铰链轴连接于所述衬架的中部铰接位，所述衬架的上端部铰接位通过第二铰链轴与所述副主动臂的一端连接，所述副主动臂的另一端通过第一铰链轴与所述机架连接，所述衬架的下端部铰接位通过拐轴铰链与所述从动臂的一端连接，所述从动臂的另一端与所述动平台通过拐轴铰链铰接；所述拐轴铰链为形成一体的两个垂直铰链轴；所述驱动装置的输出轴与所述第一铰链轴之间的距离a和所述第二铰链轴与所述第三铰链轴之间的距离b相等，所述副主动臂的臂长c和所述主动臂的臂长d相等，所述副主动臂、衬架、主动臂和所述机架之间形成一个平行四边形。
本发明具有的优点和积极效果是：在支链上近机架处形成一平行四边形结构，该四边形结构结合支链上的拐轴铰链形成机架和动平台的平行关系，限制动平台的转动自由度，使动平台相对机架仅具有三个平动自由度，有效地保证了动平台的姿态精度；并且本发明结构简单，安装方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的支链的结构示意图；
图3是本发明的支链在近机架处形成的平行四边形结构示意图；
图4是图2的I部放大图；
图5是图2的II部放大图。
图中：1、机架，2、副主动臂，3、衬架，4、主动臂，5、从动臂，6、动平台，7、驱动装置，8、拐轴铰链。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
本发明的基本构思是：在支链上近机架处形成一平行四边形结构，该四边形结构结合支链上的拐轴铰链形成机架和动平台的平行关系，限制动平台的转动自由度，并驱动动平台，保证其位置和姿态精度。
请参阅图1～图5，一种三平动自由度机器人机构，包括机架1、动平台6及三条结构相同的支链，每条支链均设有驱动装置7，驱动装置固接在机架1上，上述三条支链均布在机架1和动平台6之间。
请参见图2、图3、图4和图5，每条支链包括副主动臂2、衬架3、主动臂4、从动臂5和拐轴铰链8；上述衬架3的上端部、下端部和中部分别设有铰接位，该机器人机构处于初始状态时，衬架3的中部铰接位处于其上端部铰接位和下端部铰接位连线的内侧。主动臂4的一端与驱动装置7的输出轴连接，主动臂4的另一端通过第三铰链轴连接于衬架3的中部铰接位，衬架3的上端部铰接位通过第二铰链轴与副主动臂2的一端连接，副主动臂2的另一端通过第一铰链轴与机架1连接，衬架3的下端部铰接位通过拐轴铰链8与从动臂5的一端连接，从动臂5的另一端与动平台6通过拐轴铰链8铰接；上述拐轴铰链8为形成一体的两个垂直铰链轴。驱动装置7的输出轴与第一铰链轴之间的距离a与第二铰链轴和第三铰链轴之间的距离b相等，副主动臂2的臂长c与主动臂4的臂长d相等。由平行四边形判定定理可知，副主动臂2、衬架3、主动臂4和机架1之间形成了一个平行四边形。鉴于驱动装置7的输出轴与第一铰链轴之间的距离a为一定值，上述平行四边形的结构使得衬架3的上半段在任何位置时均与机架1上的一条直线平行，该平行关系通过两个拐轴铰链8使动平台6上存在一条直线在任何位置时均平行于机架上的一条直线，而三条支链使得动平台6上存在三条相交直线平行于机架上的一个固定平面，进而动平台6的三个转动自由度得到限制。
上述驱动装置7与机架1固定连接，其输出端为与其通过支链连接的动平台4提供一个移动或转动自由度；驱动装置7可以采用伺服电机-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。
综上所述，本发明在机架1与动平台6之间设三条结构相同的支链，每条支链在近机架处形成一平行四边形结构，该平行四边形结构结合拐轴铰链的连接形式，限制了动平台6的三个回转自由度。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：
(1)在支链上近机架处采用平行四边形结构和拐轴铰链作为限制转动自由度的约束；
(2)铰链安装简单，且相对球铰链运动范围更大；
本发明与现有技术的不同之处在于：在支链上近机架处采用平行四边形结构和拐轴铰链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。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种三平动自由度机器人机构，包括机架、动平台及三条结构相同的支链，每条支链均设有驱动装置，所述驱动装置固接在机架上，所述三条支链均布在所述机架和所述动平台之间，其特征在于，所述每条支链包括副主动臂、衬架、主动臂、从动臂和第一拐轴铰链和第二拐轴铰链；所述衬架的上端部、下端部和中部分别设有铰接位，该机器人机构处于初始状态时，所述衬架的中部铰接位处于其上端部铰接位和下端部铰接位连线的内侧；所述主动臂的一端与所述驱动装置的输出轴连接，所述主动臂的另一端通过第三铰链轴连接于所述衬架的中部铰接位，所述衬架的上端部铰接位通过第二铰链轴与所述副主动臂的一端连接，所述副主动臂的另一端通过第一铰链轴与所述机架连接，所述衬架的下端部铰接位通过第一拐轴铰链与所述从动臂的一端连接，所述从动臂的另一端与所述动平台通过第二拐轴铰链铰接；所述第一拐轴铰链和第二拐轴铰链为形成一体的两个垂直铰链轴；所述驱动装置的输出轴与所述第一铰链轴之间的距离a和所述第二铰链轴与所述第三铰链轴之间的距离b相等，所述副主动臂的臂长c和所述主动臂的臂长d相等，所述副主动臂、衬架、主动臂和所述机架之间形成一个平行四边形。
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