CN102166749B - 2-prr&pprr三自由度空间并联机器人机构 - Google Patents

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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，自上而下分别由两个转动副和一个移动副以及它们之间的连杆组成，另一条支链自上而下分别由两个转动副和两个移动副以及它们之间的连杆组成。本发明的机构其运动平台可实现三个移动的运动输出。该机构关节少，运动副自由度总数只有10个，使得它可以有效地改善并联机构因为运动副自由度过度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两自由度的旋转头，由此可设计出五自由度的混联机器人，可用于高速加工机床、激光冲击成形设备等场合。

Description

2-PRR PPRR三自由度空间并联机器人机构
技术领域：
本发明涉及一种空间并联机器人机构，尤其涉及一种能够实现三个移动的三自由度空间并联机器人机构，属于机械设计领域。
背景技术：
并联机器人机构可定义为：静平台(固定平台)和动平台(运动平台)之间用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的自由度，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、测量仪、传感器、微动操作机和多维振动设备等技术领域。除了经典的六自由度Stewart平台之外，研究人员也发明了很多六自由度机构。
但由于结构的限制，六自由度并联机构的运动耦合性强、运动学正解复杂、工作空间小和传动特性差等技术问题没能很好的解决。而少自由度并联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Deta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；200910228323.5；200910228327.3；200910228324.X等)。
目前基于三自由度空间并联机器人机构作为定位部件，在车辆和设备减振等领域具有广泛的应用前景，如果在该并联机构的运动平台上再串接一个两自由度的旋转头而构造出五自由度的混联机器人，在高速加工机床、激光冲击成形设备等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、能实现三个移动的空间并联机器人机构。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。
一种2-PRR&PPRR三自由度空间并联机器人机构，由运动平台1、固定平台2和联接上述两平台的三条支链M1，M2，M3组成，其特征在于：所述的支链M1自上而下分别由两个转动副R11，R12和两个移动副P11，P12以及它们之间的连杆L1，L2，L3组成；支链M2自上而下分别由两个转动副R21，R22和一个移动副P2以及它们之间的连杆L4，L5组成；支链M3自上而下分别由两个转动副R31，R32和一个移动副P3以及它们之间的连杆L6，L7组成。其中：
所述的连杆L3，L5，L7分别通过移动副P12，P2，P3与固定平台相联接，移动副P12，P2，P3为机构的驱动副，且移动副P12的轴线与移动副P2，P3的轴线都成45°夹角，移动副P2的轴线与移动副P3的轴线相垂直；
所述的连杆L2，通过移动副P11与连杆L3相联接移，且移动副P11的轴线与移动副P12的轴线相垂直；
所述的连杆L1，L4，L6分别通过转动副R12，R22，R32与连杆L2，L5，L7相联接，且转动副R12，R22，R32的轴线分别与移动副P12，P2，P3的轴线相垂直；
所述的连杆L1，L4，L6分别通过转动副R11，R21，R31与运动平台相联接，且转动副R11，R21，R31的轴线分别与转动副R12，R22，R32的轴线相平行。
所述的2-PRR&PPRR三自由度空间并联机器人机构，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，且满足：转动副R21的轴线与转动副R31的轴线相垂直，转动副R11的轴线与转动副R21和转动副R31的轴线都成45°夹角。
本发明的有益效果是：
机构的运动平台可实现三个移动的运动输出；机构简单、机构关节少，且运动副均为低副，运动副自由度总数只有10个；可以有效地改善并联机构因为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；通过在运动平台上串接一个两自由度的旋转头，特别是具有两个转动自由度的旋转头，便可设计出三个移动两个转动的五自由度混联机器人机构，可用于复杂曲面的跟踪扫描、冲击成形和加工等场合。
附图说明：
图1为2-PRR&PPRR三自由度空间并联机器人机构的结构示意图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种2-PRR&PPRR三自由度空间并联机器人机构，由运动平台1、固定平台2和联接上述两平台的三条支链：支链M1，支链M2，支链M3组成。其中，支链M1自上而下分别由两个转动副R11，R12和两个移动副P11，P12以及它们之间的连杆L1，L2，L3组成；支链M2自上而下分别由两个转动副R21，R22和一个移动副P2以及它们之间的连杆L4，L5组成；支链M3自上而下分别由两个转动副R31，R32和一个移动副P3以及它们之间的连杆L6，L7组成。连杆L3，L5，L7分别通过移动副P12，P2，P3与固定平台相联接，移动副P12，P2，P3为机构的驱动副，且移动副P12的轴线与移动副P2，P3的轴线都成45°夹角，移动副P2的轴线与移动副P3的轴线相垂直；连杆L2，通过移动副P11与连杆L3相联接移，且移动副P11的轴线与移动副P12的轴线相垂直；连杆L1，L4，L6分别通过转动副R12，R22，R32与连杆L2，L5，L7相联接，且转动副R12，R22，R32的轴线分别与移动副P12，P2，P3的轴线相垂直；连杆L1，L4，L6分别通过转动副R11，R21，R31与运动平台相联接，且转动副R11，R21，R31的轴线分别与转动副R12，R22，R32的轴线相平行。
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，且满足：转动副R21的轴线与转动副R31的轴线相垂直，转动副R11的轴线与转动副R21和转动副R31的轴线都成45°夹角。
与固定平台相联接的移动副P12，P2，P3为机构的驱动副，通过直线电机或者电动推杆或者高精度伺服液压缸等能够实现直线往复运动的动力源来驱动。当各驱动副在控制下运动不同的位移时，其余的各转动副和移动副则在连杆和运动平台的拉动下，作相应的运动，从而实现运动平台在工作空间内作三个移动的运动输出。

Claims (2)

1.一种2-PRR&PPRR三自由度空间并联机器人机构，由运动平台(1)、固定平台(2)和联接上述两平台的第一、第二、第三支链(M1，M2，M3)组成，其特征在于：
所述第一支链(M1)自上而下分别由第一转动副(R11)、第二转动副(R12)、第一移动副(P11)、第二移动副(P12)以及连接在它们之间的第一、第二、第三连杆(L1，L2，L3)组成，其中第一转动副(R11)与第二转动副(R12)之间连接第一连杆(L1)，第二转动副(R12)与第一移动副(P11)之间连接第二连杆(L2)，第一移动副(P11)和第二移动副(P12)之间连接第三连杆(L3)；第二支链(M2)自上而下分别由第三转动副(R21)、第四转动副(R22)和第三移动副(P2)以及连接在它们之间的第四连杆(L4)、第五连杆(L5)组成；其中第三转动副(R21)与第四转动副(R22)之间连接第四连杆(L4)，第四转动副(R22)和第三移动副(P2)之间连接第五连杆(L5)；第三支链(M3)自上而下分别由第五转动副(R31)、第六转动副(R32)和第四移动副(P3)以及连接在它们之间的第六连杆(L6)、第七连杆(L7)组成，其中：
所述第三连杆(L3)通过所述第二移动副(P12)与所述固定平台(2)相联接，所述第五连杆(L5)通过所述第三移动副(P2)与所述固定平台(2)相联接，所述第七连杆(L7)通过所述第四移动副(P3)与所述固定平台(2)相联接；所述第二移动副(P12)的轴线与第三移动副(P2)、第四移动副(P3)的轴线均成45°夹角；所述第三移动副(P2)的轴线与第四移动副(P3)的轴线相垂直；所述第一移动副(P11)的轴线与第二移动副(P12)的轴线相垂直；第二转动副(R12)与第二移动副(P12)的轴线垂直，第四转动副(R22)与第三移动副(P2)的轴线垂直，第六转动副(R32)与第四移动副(P3)的轴线垂直；所述第一连杆(L1)通过第一转动副(R11)与所述运动平台(1)相联接，第四连杆(L4)通过第三转动副(R21)与所述运动平台(1)相联接，第六连杆(L6)通过第五转动副(R31)与所述运动平台(1)相联接，所述第一转动副(R11)的轴线与第二转动副(R12)的轴线相平行，第三转动副(R21)轴线与第四转动副(R22)的轴线相平行，所述第五转动副(R31)的轴线与所述第六转动副(R32)的轴线相平行；
所述第二移动副(P12)、第三移动副(P2)、第四移动副(P3)为所述2-PRR&PPRR三自由度空间并联机器人机构的驱动副，通过能够实现直线往复运动的动力源来驱动，当所述第二移动副(P12)、第三移动副(P2)、第四移动副(P3)在控制下运动不同的位移时，其余的各转动副和移动副则在所述连杆和运动平台的拉动下，作相应的运动，使所述运动平台在工作空间内实现三个移动的运动输出。
2.如权利要求1所述的2-PRR&PPRR三自由度空间并联机器人机构，其特征在于所述的运动平台(1)与固定平台(2)为相似三角形，且为等腰直角三角形；所述的第三转动副(R21)的轴线与第五转动副(R31)的轴线相垂直，第一转动副(R11)的轴线与第三转动副(R21)、第五转动副(R31)的轴线均成45°夹角。
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