CN102699904A - 一种六自由度三支链并联机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种六自由度三支链并联机器人机构，包括机座和动平台以及连接在机座和动平台之间的三个结构相同的运动支链，其特征在于所述的运动支链包括：一个螺旋副、二个同轴线的回转副，即驱动回转副和螺母回转副、一个移动副和上、下两个虎克铰，所述螺旋副固定在机座上，并与固定在机座上的第一电机驱动连接；二个回转副的回转轴线与螺旋副的轴线平行，驱动回转副安装在基座上，螺母回转副安装在螺母上；移动副由滑杆及驱动回转副的中空回转轴组成，滑杆嵌套贯穿于中空回转轴内，移动方向平行于驱动回转副的轴线，驱动回转副由固定在机座上的第二电机通过传动机构驱动；下虎克铰安装在移动副滑动杆件的末端，上虎克铰与动平台连接。
Description
技术领域
本发明涉及机械学领域的并联机器人技术，具体为一种六自由度三支链并联机器人机构。
背景技术
Stewart机构（即6-SPS机构）是一种六自由度并联机器人机构，它由动平台、静平台及连接动、静平台的六条相同的运动链（SPS）组成，每条运动链中含有一个联接动平台的球铰（S）、一个移动副（P）和一个联接静平台的球铰（S），Stewart机构广泛应用于运动模拟器、数控机床、微操作机器人、空间对接等诸多现代尖端技术领域。有些六自由度机构是基于Stewart机构的变型，如3-2-1结构六自由度正交并联机床（ZL03102884.5），它所采用的机构为六个支链分三组，各组支链数分别为3、2、1，三组支链按正交分布连接动平台、静平台，主要解决了并联机床运动耦合问题。而一种六自由度并联解耦机构（ZL03129994.6）公开的六支链分3组（各组支链数相同），正交分布，且每个支链为三个正交的移动副和一个球铰连接动平台、静平台，这种机构也解决了并联机构的运动耦合问题。中国专利（ZL200810052792.1）则介绍了支链嵌套三自由度动平台可连续回转并联机器人机构，该专利为三自由度并联机构，但在结构上不够简练，质量较大，不能很好地适应高速运动的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种六自由度三支链并联机器人机构。该机构同样可以实现六个自由度的运动，但采用了较少的运动支链动平台，且每个支链的两个主驱动运动副的驱动电机均安装在机座上，从而降低了运动部件的质量，具有更好的动态性能
本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种六自由度三支链并联机器人机构，包括机座和动平台以及连接在机座和动平台之间的三个结构相同的运动支链，其特征在于所述的运动支链包括：一个螺旋副、二个同轴线的回转副，即驱动回转副和螺母回转副、一个移动副和上、下两个虎克铰，所述螺旋副固定在机座上，并与固定在机座上的第一电机驱动连接；二个回转副的回转轴线与螺旋副的轴线平行，驱动回转副安装在机座上，螺母回转副安装在螺母上；移动副由滑杆及驱动回转副的中空回转轴组成，滑杆嵌套贯穿于中空回转轴内，滑杆移动方向平行于所述驱动回转副的轴线，驱动回转副的中空回转轴由固定在机座上的第二电机通过传动机构驱动，中空回转轴的回转可以带动滑杆一同回转；下虎克铰安装在移动副滑动杆件的末端，上虎克铰与动平台连接。
与现有技术相比，本发明的六自由度三并联机器人机构所述的三个相同运动支链中均有两个主驱动运动副，但两个主驱动运动副的驱动电机均安装在机座上，从而可以精简机构，降低运动部件的质量，具有更好的动态性能，同时机构采用较少的运动支链，动平台同样可以实现六个自由度的运动，扩大了并联机器人机构的应用领域。
附图说明
图1为本发明六自由度三支链并联机器人机构一种实施例的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明，但实施例不限制本申请的权利要求的保护范围。
本发明设计的六自由度三支链并联机器人机构（简称并联机器人机构，参见图1）包括动平台4和机座5（即静平台）以及连接在机座5和动平台4之间的三个结构相同的运动支链，即第一运动支链1、第二运动支链2和第三运动支链3。每一个运动支链均包括：螺杆A2、螺旋副A3、螺母A4、螺母回转副A5、驱动回转副B3、移动副B4、滑杆9、一个下虎克铰7、连杆6和一个上虎克铰8。固定在机座5上的第一电机A1驱动的螺旋副A3，回转轴线与螺旋副A3轴线平行的螺母回转副A5，移动方向平行于所述螺母回转副A5轴线的移动副B4，所述移动副B4由滑杆9及驱动回转副B3的中空回转轴B31构成，滑杆9嵌套贯穿于中空回转轴B31内，滑杆9移动方向平行于驱动回转副B3的轴线，驱动回转副B3连接机座5和中空回转轴B31，中空回转轴B31由第二电机B1通过传动机构B2驱动，中空回转轴B31的回转可以带动滑杆9一同回转；下虎克铰7安装在移动副B4移动滑杆9的末端，并通过连杆6与上虎克铰8连接，上虎克铰8同时与动平台4连接。
本发明并联机器人机构中，所述移动副B4的滑杆9的横截面形状可以是被所述驱动回转副B3的中空回转轴B31带动一起转动的任何形状。本发明图示实施例的滑杆9的横截面形状采用正方形，但也可以是长方形、三角形、六边形、花键形等常用移动副滑杆横截面形状。
本发明并联机器人机构中，在不影响所述并联机构自由运动的情况下，所述的动平台4、机座5的结构形状可以是任意的，不受限定。
本发明并联机器人机构中，所述的传动机构B2包括带传动机构、链传动机构或齿轮传动机构。
本发明并联机器人机构的工作原理和过程是（参见图1）：第一电机A1驱动螺杆A2回转，并通过螺旋副A3驱动螺母A4上下移动，螺母A4与移动副B4的滑杆9下端A6通过螺母回转副A5连接，因此螺母A4上下移动即可以驱动滑杆9上下移动；同时，第二电机B1通过传动机构B2驱动中驱动回转副B3的中空回转轴B31回转，并带动嵌套贯穿于中空回转轴B31内的滑杆9回转；换言之，在第一电机A1和第二电机B1的驱动下，滑杆9既可以上下移动又可以回转运动；而当三个运动支链所述的电机共同驱动时，动平台4即可以实现六自由度的运动。
本发明并联机器人机构的突出优点在于，采用较少的运动支链动平台可以实现六个自由度的运动，结构简单；虽然每个支链有两个主驱动运动副，但两个主驱动运动副的驱动电机均安装在机座上，从而可以降低运动部件的质量，具有较好的动态性能，能实现高速运动，因此可以扩大并联机器人机构的应用领域。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (3)
1.一种六自由度三支链并联机器人机构，包括机座和动平台以及连接在机座和动平台之间的三个结构相同的运动支链，其特征在于所述的运动支链包括：一个螺旋副、二个同轴线的回转副，即驱动回转副和螺母回转副、一个移动副和上、下两个虎克铰，所述螺旋副固定在机座上，并与固定在机座上的第一电机驱动连接；二个回转副的回转轴线与螺旋副的轴线平行，驱动回转副安装在机座上，螺母回转副安装在螺母上；移动副由滑杆及驱动回转副的中空回转轴组成，滑杆嵌套贯穿于中空回转轴内，滑杆移动方向平行于所述驱动回转副的轴线，驱动回转副的中空回转轴由固定在机座上的第二电机通过传动机构驱动，中空回转轴的回转可以带动滑杆一同回转；下虎克铰安装在移动副滑动杆件的末端，上虎克铰与动平台连接。
2.根据权利要求1所述的六自由度三支链并联机器人机构，其特征在于所述滑杆的横截面形状采用正方形、长方形、三角形、六边形或花键形。
3.根据权利要求1所述的六自由度三支链并联机器人机构，其特征在于所述的传动机构为带传动机构、链传动机构或齿轮传动机构。
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