CN102581842A - 一种三自由度全解析空间并联操作手 - Google Patents

Abstract

一种三自由度全解析空间并联操作手，包括输出构件(1)、静平台(0)及联接在输出构件(1)、静平台(0)之间的第一支链、第二支链、第三支链，其特征在于第一支链为由移动副一(P₁)、球副一(S₁)组成的P-S型支链，即输出构件(1)的一端通过移动副一(P₁)与构件二(2)连接；第二支链为包含构件三(3)、构件四(4)且由球副二(S₂)、移动副二(P₂)、球副三(S₃)串联组成的S-P-S型支链，其球副三(S₃)在第一支链的构件二(2)上；第三支链为包含构件五(5)、构件六(6)且由球副四(S₄)、移动副三(P₃)、球副五(S₅)串联组成的S-P-S型支链，其球副五(S₅)在输出构件(1)上；静平台(0)上的球副一(S₁)、球副二(S₂)、球副四(S₄)不在一条直线上也不能重合。在输出构件(1)的未端(P)可以安装一或二自由度的串联式摆动头，构成四或五自由度的混联操作手。

Description

一种三自由度全解析空间并联操作手

技术领域

本发明涉及一种机器人和智能装备的执行机构，具体地说是为机器人和并联机床等装备提供一种新型的三自由度运动全解析并联操作手。

背景技术

并联机构在机器人、虚拟轴机床、坐标测量机、仿真平台、微操作机械手等领域获得了广泛应用，6自由度Stewart并联机床，被认为是二十世纪以来机床结构的一次革命；并联结构的虚轴坐标测量机(含测量划线机)，也是近年来科学测量仪上的一个重大进展，它具有结构刚性大、运动速度高、误差不叠加等独特性，可使测量精度及测量效率等性能得到很大改善。目前，对于6-SPS和6-RSS机构来说，其末端执行器的空间位姿比较灵活，且承载大、刚度好，但其末端执行器的运动学正解解析解很难得到，因此，应用范围受到影响。

因此，解耦性好(全解耦或部分解耦)、易得正解解析解、工作空间大且不易干涉、制造装配容易的3-dof并联空间机构机型设计，一直是机构学界长期未能得到解决的、并联机构研究领域中挑战性最强的难题之一，需要创造出性能优于现有机构的新机型。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的缺点，提供一类三自由度全解析解耦并联操作装置，其技术方案是：一种三自由度全解析空间并联操作手，包括输出构件(1)、静平台(0)及联接在输出构件(1)、静平台(0)之间的第一支链、第二支链、第三支链，其特征在于第一支链为由移动副一(P₁)、球副一(S₁)组成的P-S型支链，即输出构件(1)的一端通过移动副一(P₁)与构件二(2)连接；第二支链为包含构件三(3)、构件四(4)且由球副二(S₂)、移动副二(P₂)、球副三(S₃)串联组成的S-P-S型支链，其球副三(S₃)在第一支链的构件二(2)上，也可在输出构件(1)上；第三支链为包含构件五(5)、构件六(6)且由球副四(S₄)、移动副三(P₃)、球副五(S₅)串联组成的S-P-S型支链，其球副五(S₅)在输出构件(1)上；静平台(0)上的球副一(S₁)、球副二(S₂)、球副四(S₄)不在一条直线上也不能重合；

进一步，第一支链、第二支链、第三支链1中的单自由度移动副，可各与其在静平台上的球副对换，且可用单自由度的转动副替代；输出构件(1)的未端(P)可以安装由转动副组成的一或二自由度的串联式摆动头，构成四或五自由度的混联操作手。

附图说明

附图1为本发明的第一个实施例结构示意图。附图2为本发明的第二个实施例结构示意图。附图3为本发明的第三个实施例结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。

附图1所示为本发明的一个实施例，一种三自由度全解析空间并联操作手，包括输出构件1、静平台0及联接在输出构件1、静平台0之间的第一支链、第二支链、第三支链，第一支链为由移动副一P₁、球副一S₁组成的P-S型支链，即输出构件1的一端通过移动副一P₁与构件二2连接；第二支链为包含构件三3、构件四4且由球副二S₂、移动副二P₂、球副三S₃串联组成的S-P-S型支链，其球副三S₃在第一支链的构件二2上；第三支链为包含构件五5、构件六6且由球副四S₄、移动副三P₃、球副五S₅串联组成的S-P-S型支链，其球副五S₅在输出构件1上；静平台0上的球副一S₁、球副二S₂、球副四S₄不在一条直线上。

附图2所示为本发明的第二个实施例，即将附图1中第一支链、第二支链、第三支链中的单自由度移动副一P₁、移动副二P₂、移动副三P₃，分别与其在静平台0上的球副一S₁、球副二S₂、球副四S₄对换，但第二支链的球副三S₃在输出构件1上，且用转动副一R₁、转动副二R₂、转动副三R₃分别替代移动副一P₁、移动副二P₂、移动副三P₃，其余结构不变。

附图1、附图2所示的二个发明实施例，自由度均为三，当分别控制这二个机构的三个单自由度移动副或转动副时，就可独立确定输出构件1的三维空间位置。

附图3所示为本发明的第三个实施例，在附图1中的输出构件1上P点位置，再串联一个包含构件七7、构件八8且由转动副四R₄、转动副五R₅组成的二自由度转动头，就构成五自由度的混联操作手。

上述操作手易求得运动学正解析解，且运动输入一输出部分解耦，控制容易，工作空间大，可作为变姿态灵活、刚度好的新型并联机床或机器人等智能装备的执行操作手。

Claims (3)

1.一种三自由度全解析空间并联操作手，包括输出构件(1)、静平台(0)及联接在输出构件(1)、静平台(0)之间的第一支链、第二支链、第三支链，其特征在于第一支链为由移动副一(P₁)、球副一(S₁)组成的P-S型支链，即输出构件(1)的一端通过移动副一(P₁)与构件二(2)连接；第二支链为包含构件三(3)、构件四(4)且由球副二(S₂)、移动副二(P₂)、球副三(S₃)串联组成的S-P-S型支链，其球副三(S₃)在第一支链的构件二(2)上，也可在输出构件(1)上；第三支链为包含构件五(5)、构件六(6)且由球副四(S₄)、移动副三(P₃)、球副五(S₅)串联组成的S-P-S型支链，其球副五(S₅)在输出构件(1)上；静平台(0)上的球副一(S₁)、球副二(S₂)、球副四(S₄)不在一条直线上也不能重合。

2.按权利要求1所述的三自由度全解析空间并联操作手，其特征在于第一支链、第二支链、第三支链中的单自由度移动副，可各与其在静平台上的球副对换，且可用单自由度的转动副替代。

3.按权利要求1或2所述的三自由度全解析空间并联操作手，其特征在于输出构件(1)的未端(P)可以安装由转动副组成的一、二自由度的串联式摆动头，构成四或五自由度的混联操作手。 

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