CN102554919A - 含双复合等效球副五自由度并联机器人 - Google Patents

含双复合等效球副五自由度并联机器人 Download PDF

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路懿
董彦省
路扬
叶妮佳
胡波
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Abstract

一种含双复合等效球副五自由度并联机器人，主要包括机座、动平台和联接机座与动平台的5个结构相同的SPR型直线驱动分支和2个万向联轴器，上述5个SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的一端通过球副与机座联接，且均布在机座的同一圆周上，两对2个相邻SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的另一端通过转动副公共轴与万向联轴器的横轴转动联接，该万向联轴器的支架轴与动平台转动联接，构成复合等效球副。另一个SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的另一端通过转动副与动平台转动联接。本发明结构简单，动平台位置和姿态工作空间更大，灵活性更好，承载能力更高和容易控制。在高端数控制造装备、航空航天模拟及探测装备等领域具有广泛应用前景。

Description

含双复合等效球副五自由度并联机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别是一种五自由度并联机器人。
背景技术
并联机器人相对具有机构刚度大，承载能力强，末端质量轻，惯性小，位置误差不累积等特点，应用上与串联机器人优势互补。多年来，六自由度并联机构已成为构造多种并联机器人/机床的主要机构。与六自由度并联机器人/机床相比，五自由度并联机器人/机床具有结构更简单、更容易控制的优点，且满足刀具法向加工自由曲面要求，故近年来备受专家们的关注。2000年高峰等提出一种正交五自由度五轴并联虚拟轴机床CN1258585和一种五自由度并联解耦机构CN1462672；2003年赵永生等设计一种含UPRP型约束分支五轴联动并联机床机构CN1371786；2005年黄田等开发出一个由三自由度并联机构与二自由度刀架混联的五自由度混联机器人CN101049692；2003和2009年汪劲松等提出一种空间五自由度并联机器人CN1546287和一种冗余驱动五自由度并联机床；2002年Tsai和方跃法设计一种过约束五自由度并联机构，2005年张宪民提出一种3移2转五自由度并联机构CN100427276C，用机座上三个平行导轨提供5个移动驱动支撑。2007年黄真等提出一类对称3转2移五自由度并联机构；2008年路懿等提出4SPS+SPR型、三腿2SPS+PRRPR型、正交三腿2SPS+UPU型和含中间UPU约束分支5SPS+UPU型4种五自由度并联机构；2009年赵铁石等提出一种五自由度双重驱动并联机构CN101623866B，实际该机构有10个自由度；2011年Gosselin等提出一种全对称3转2移5-RPUR型五自由度并联机构。上述五自由度并联机构各具特色。由机构拓扑综合理论可知，大部分机构拓扑图包括2个五副杆，含约束分支类的机构拓扑图包括2个六副杆，三腿类的机构拓扑图中包括2个三副杆。在确保五自由度并联机器人优势前提下，如何进一步简化结构，增大动平台位置工作空间和灵巧度，是机器人研究领域专家们不懈努力的方向。目前对其研究逐步从试验研究转入到实际应用，已成为机器人和高端装备制造领域研究热点的和前沿。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高刚度、承载力大、工作空间大、结构简单，运动精度高、控制容易的含双复合等效球副五自由度并联机器人。本发明包括机座、动平台和联接机座与动平台的5个结构相同的SPR型直线驱动分支和2个万向联轴器。每个SPR型直线驱动分支由下端球副S，中间驱动移动副P和上端转动副R组成，移动副轴线与转动副轴线正交。上述中间驱动移动副采用电动缸驱动单元或液压缸驱动单元。上述5个SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的一端通过球副与机座联接，且均布在机座的同一圆周上。2个相邻SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的另一端通过转动副公共轴与第一万向联轴器的横轴正交转动联接，该第一万向联轴器的支架轴与动平台转动联接，构成第一个复合等效球副。另两个相邻SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的另一端通过转动副公共轴与第二万向联轴器的横轴正交转动联接，该第二万向联轴器的支架轴与动平台转动联接，构成第二个复合等效球副。另一个SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的另一端通过转动副与动平台转动联接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、每个复合等效球副合并了两个球副，简化了总体结构。
2、用转动副提高了承载能力，克服了实际球副有限转角对动平台运动的限制，扩大了动平台位置与姿态工作空间，灵活性更好。
3、容易控制，在高端数控制造及重型并联装备、航空航天模拟及探测装备、军事装备、生物医疗及仿生操作装置、多维力传感器、微纳米操作装置、人体康复装置及相应领域都有广泛应用前景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明一个等效球副和一个转动副与动平台联接的结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，含双复合等效球副五自由度并联机器人的5个SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副3的一端通过球副2与机座1联接，且均布在机座的同一圆周上。2个相邻SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的另一端通过转动副公共轴4与第一万向联轴器5的横轴9正交转动联接，该第一万向联轴器的支架轴11与动平台6转动联接，构成第一个复合等效球副。另两个相邻SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的另一端通过转动副公共轴9与第二万向联轴器8的横轴正交转动联接，该第二万向联轴器的支架轴与动平台转动联接，构成第二个复合等效球副。另一个SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的另一端通过转动副7与动平台转动联接。当输入运动加到5个SPR型直线驱动分支，可实现动平台的五自由度灵活运动。

Claims (2)

1.一种含双复合等效球副五自由度并联机器人，包括机座、动平台和联接机座与动平台的5个结构相同的SPR型直线驱动分支和2个万向联轴器，其特征在于：每个SPR型直线驱动分支由下端球副S，中间驱动移动副P和上端转动副R组成，移动副轴线与转动副轴线正交，上述5个SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的一端通过球副与机座联接，且均布在机座的同一圆周上；2个相邻SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的另一端通过转动副公共轴与第一万向联轴器的横轴正交转动联接，该第一万向联轴器的支架轴与横轴两端水平转动联接，并与动平台垂直转动联接，构成第一个复合等效球副；另两个相邻SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的另一端通过转动副公共轴与第二万向联轴器的横轴正交转动联接，该第二万向联轴器的支架轴与横轴两端水平转动联接，并与动平台垂直转动联接，构成第二个复合等效球副；另一个SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副的另一端通过转动副与动平台转动联接。
2.根据权利要求1所述的一种含双复合等效球副五自由度并联机器人，其特征在于：上述每个SPR型直线驱动分支的中间驱动移动副采用电动缸驱动单元或液压缸驱动单元。
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