CN102328313A - 一种仅含转动副的三平动自由度机器人机构 - Google Patents

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梅江平
张良安
张振宇
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Tianjin University
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Abstract

本发明公开了一种仅含转动副的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，驱动装置固接在机架上，三条支链均布在机架和动平台之间，每条支链包括主动臂、主动臂连接杆、从动臂和从动臂连接杆，主动臂的一端通过第一转动副与机架连接，主动臂的另一端通过第二转动副与主动臂连接杆的一端连接，主动臂连接杆的另一端通过第三转动副与从动臂的一端连接，从动臂的另一端通过第四转动副与动平台连接，第一转动副的轴线与第二转动副的轴线垂直，第三转动副的轴线与第四转动副的轴线垂直，第一转动副的轴线与第四转动副的轴线平行。本发明能够有效保证动平台的姿态精度，并且制作简单、安装调试方便。

Description

一种仅含转动副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，特别涉及一种仅含转动副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有变化，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制造周期短，安装方便，动平台姿态精度高的仅含转动副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：一种仅含转动副的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，每条所述支链包括主动臂、主动臂连接杆、从动臂和从动臂连接杆，所述主动臂的一端通过第一转动副与所述机架连接，所述主动臂的另一端通过第二转动副与所述主动臂连接杆的一端连接，所述主动臂连接杆的另一端通过第三转动副与所述从动臂的一端连接，所述从动臂的另一端通过第四转动副与所述动平台连接，所述第一转动副的轴线与所述第二转动副的轴线垂直，所述第三转动副的轴线与所述第四转动副的轴线垂直，所述第一转动副的轴线与所述第四转动副的轴线平行。
所述的驱动装置采用伺服电机-减速器结构。
本发明具有的优点和积极效果是：通过增加主动臂连接杆和从动臂连接杆以及合理布置转动副的结构，使动平台的三个转动自由度得到限制，有效限制了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，并且有效保证了动平台的姿态精度。本发明制作简单、安装调试方便，从而降低了机构的制造成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明一条支链的结构示意图。
图中：1：机架，2：主动臂，3：主动臂连接杆，4：从动臂，5：从动臂连接杆，6：动平台，7：驱动装置。
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：
请参阅图1～图2，一种仅含转动副的空间三平动并联机构，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7固接在机架1上，三条支链均布在机架1和动平台6之间。本发明通过在每条支链内合理布置转动副，使动平台6上连接从动臂连接杆5的第四转动副轴线平行于机架1连接主动臂2的第一转动副轴线，进而限制动平台6的三个回转自由度。
请参阅图2，每条支链包括主动臂2、主动臂连接杆3、从动臂4和从动臂连接杆5，主动臂2的一端通过第一转动副与机架1连接，主动臂2的另一端通过第二转动副与主动臂连接杆3的一端连接，主动臂连接杆3的另一端通过第三转动副与从动臂4的一端连接，从动臂4的另一端通过第四转动副与动平台6连接，第一转动副的轴线与第二转动副的轴线垂直，第三转动副的轴线与第四转动副的轴线垂直，第一转动副的轴线与第四转动副的轴线平行。
驱动装置7为与其通过支链连接的动平台6提供一个移动或转动自由度；驱动装置7采用了伺服电机-减速器的结构形式，为与其连接的主动臂2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2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2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。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：
(1)增加主动臂连接杆和从动臂连接杆，合理布置转动副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：采用增加连接杆和合理布置转动副的结构，使动平台的三个转动自由度得到限制。该机构的有益效果是：有效限制了动平台的转动自由度，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 (2)

1.一种仅含转动副的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，每条所述支链包括主动臂、主动臂连接杆、从动臂和从动臂连接杆，所述主动臂的一端通过第一转动副与所述机架连接，所述主动臂的另一端通过第二转动副与所述主动臂连接杆的一端连接，所述主动臂连接杆的另一端通过第三转动副与所述从动臂的一端连接，所述从动臂的另一端通过第四转动副与所述动平台连接，所述第一转动副的轴线与所述第二转动副的轴线垂直，所述第三转动副的轴线与所述第四转动副的轴线垂直，所述第一转动副的轴线与所述第四转动副的轴线平行。
2.根据权利要求1所述的一种仅含转动副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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