CN102729243B - 一种二自由度动平台可连续回转并联机器人机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种二自由度动平台可连续回转并联机器人机构，包括机座和动平台，以及连接在机座和动平台之间的第一运动支链和第二运动支链, 第一运动支链和第二运动支链部分运动副嵌套在一起；其特征在于所述第一运动支链包括：一个螺旋副、一个下移动副和三个回转副，即螺母回转副、滑杆回转副和动平台回转副；所述第二运动支链包括：一个驱动回转副，三个回转副：即下回转副、中回转副和上回转副，以及一个上移动副；第一运动支链的下移动副由滑杆及第二支链驱动回转副的中空回转轴组成，滑杆嵌套贯穿于该中空回转轴内，滑杆底部与螺母通过螺母回转副连接。

Description

一种二自由度动平台可连续回转并联机器人机构

技术领域

本发明涉及机械学领域的并联机器人机构，具体为一种二自由度动平台可连续回转并联机器人机构。

背景技术

为提高工作空间，一些非常规结构的并联机器人已经出现。如冗余输入的并联机器人机构，解决了奇异位形附近的力学和刚性较差的问题，并提高了工作空间；串并联结构的机器人机构，也可以增大其操作工作空间。例如，中国专利“一种二自由度平面并联机器人机构（ZL200710044905.9）”采用定平台通过三个连杆机构与动平台连接，构成闭环并联机构，定平台安装两个平行布置的直线电机，动平台一端通过一个连杆机构和两个转动铰链连接直线电机，另一端通过两个连杆机构和四个转动铰链构成的平行于定平台的平行四边形支链结构连接另一直线电机。这种机构结构简单，采用直线电机驱动刚度大、推重比高、动态性能好，直线电机动子采用气浮导轨支撑，连接铰链全部为转动铰链,并设计为气浮旋转关节，实现了无摩擦、无磨损驱动。中国专利“一种二自由度球面空间运动并联机构（ZL200510048177.X）”公开了如下结构，三条运动支链连接于机座与动平台之间,其中两条运动支链为可控伸缩杆构成的主动支链,另一条运动支链为固定长度连杆构成的从动支链,每条运动支链一端用铰链与机座联接,另一端与动平台相接。三条运动支链之一与动平台固接,另外两条运动链与动平台用球铰链联接。该机构结构简单，可实现操作点的空间位置控制，使机器人的结构更加简化。

但在申请人检索的范围内，有关二自由度并联机器人机构中，所实现的运动相对简单，工作空间和回转空间相对较小，未见有末端操作动平台的位姿可在较大范围的三维空间范围内连续旋转变化的二自由度并联机器人机构。

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：提供一种二自由度动平台可连续回转并联机器人机构，该二自由度并联机器人机构的两个运动支链的部分运动副嵌套在一起，末端动平台可以实现在一个连续回转自由度的同时，还可以实现另一个转动和平动的复合运动自由度，并同时具有串联机器人和并联机器人的双重优点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种二自由度动平台可连续回转并联机器人机构，包括机座和动平台，以及分别固连在机座和动平台之间的第一运动支链和第二运动支链,第一运动支链和第二运动支链部分运动副嵌套在一起；其特征在于所述第一运动支链包括：一个螺旋副、一个下移动副和三个回转副，即螺母回转副、滑杆回转副和动平台回转副；螺旋副由螺旋杆和螺母组成，第一电机与螺旋杆驱动连接；下移动副由滑杆及第二支链驱动回转副的中空回转轴组成，滑杆嵌套贯穿于该中空回转轴内，滑杆底部与螺母通过螺母回转副连接；安装在滑杆上的滑杆回转副和与动平台连接的动平台回转副之间通过动平台连杆连接，滑杆回转副和动平台回转副的轴线平行，且与螺母回转副的轴线垂直；所述第二运动支链包括：一个驱动回转副，三个回转副：即下回转副、中回转副和上回转副，以及一个上移动副；驱动回转副安装在机座上，连接机座和中空回转轴，且中空回转轴由安装在机座上的第二电机通过传动机构驱动；下回转副、中回转副和上回转副的轴线与第一支链滑杆回转副的轴线平行，且与驱动回转副的轴线垂直；下回转副与驱动回转副由下连杆连接，下回转副与中回转副由中连杆连接，上回转副与中回转副由上连杆连接；上回转副安装在第一支链滑杆的上端；上移动副连接动平台和上连杆的延伸端，且移动方向与上回转副的轴线垂直。

与现有技术相比，本发明二自由度动平台可连续回转并联机器人机构所述的两个运动支链不是分离的，而是嵌套在一起，从而实现了其末端动平台的可连续回转，且实现了其末端动平台的位姿角度变换，同时具有串联机器人和并联机器人的双重优点，扩大了并联机器人机构的应用领域。本发明并联机器人机构的工作空间和回转空间相对较小，但末端操作动平台的位姿可在较大范围的三维空间内连续旋转变化。

附图说明

图1为本发明的二自由度动平台可连续回转并联机器人机构的一种实施例的结构示意图。

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，但它不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明设计的二自由度动平台可连续回转并联机器人机构（简称并联机器人机构，参见图1），包括机座1、动平台2，以及分别固连在机座1和动平台2之间的第一运动支链A和第二运动支链B,第一运动支链和第二运动支链部分运动副嵌套在一起；其特征在于所述第一运动支链A包括：一个螺旋副A3、一个下移动副A7和三个回转副，即螺母回转副A5、滑杆回转副A8和动平台回转副A10；螺旋副A3由螺旋杆A2和螺母A4组成，第一电机A1与螺旋杆A2驱动连接；下移动副A7由滑杆A6及第二支链驱动回转副B3的中空回转轴B31组成，滑杆A6嵌套贯穿于该中空回转轴B31内，滑杆A6底部与螺母A4通过螺母回转副A5连接；安装在滑杆A6上的滑杆回转副A8和与动平台连接的动平台回转副A10之间通过动平台连杆A9连接，滑杆回转副A8和动平台回转副A10的轴线平行，且与螺母回转副A5的轴线垂直。

所述第二运动支链B包括：一个驱动回转副B3，三个回转副：即下回转副B5、中回转副B7和上回转副B9，以及一个上移动副B10；驱动回转副B3连接机座1和中空回转轴B31，且中空回转轴B31由安装在机座1上的第二电机B1通过传动机构B2驱动；下回转副B5、中回转副B7和上回转副B9的轴线与第一支链滑杆回转副A8的轴线平行，且与驱动回转副B3的轴线垂直；下回转副B5与驱动回转副B3由下连杆B4连接，下回转副B5与中回转副B7由中连杆B6连接，上回转副B9与中回转副B7由上连杆B8连接；上回转副B9安装在第一支链滑杆A6的上端；上移动副B10连接动平台2和上连杆B8的延伸端，且移动方向与上回转副B9的轴线垂直。

本发明并联机器人机构所述下移动副A7的滑杆A6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A6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。

在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2、机座1的结构形状可以是任意的，不受限定。

在本发明并联机器人机构中，所述传动机构B2可以是带驱动，也可是链条驱动或齿轮驱动，应用中根据需要具体设计。

本发明并联机器人机构的工作原理和过程是（参见图1）：当第一电机A1驱动所述第一运动支链A的螺旋杆A2时，螺母A4通过螺旋副A3上下移动，与其连接的滑杆A6通过下移动副A7上下移动，从而实现动平台2沿上连杆B8延伸端的滑动及绕滑杆回转副A8轴线的回转组成的复合运动；当第二电机B1驱动回转副B3的中空回转轴B31时，嵌套在其内的滑杆A6一同转动，其他杆件连同动平台2一并绕驱动回转副B3的轴线连续转动。

本发明并联机器人机构的突出特点在于，一个驱动电机控制支链和滑块的复合运动，可实现末端动平台的位姿变换；另一个驱动电机可实现末端动平台的可连续回转，使其同时具备了串联机器人机构的结构简单，运动空间大等优点和并联机器人机构的刚度大，承载能力强，精度高，末端件惯性小等优点，扩大了并联机器人机构应用领域。本发明设计的支链嵌套结构并联机器人机构结构虽简单，但具备了串联与并联机器人的双重优点。实现动平台2的位姿的变换，运动简单巧妙，在二自由度并联机器人领域里开辟了一条新的思路。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种二自由度动平台可连续回转并联机器人机构，包括机座和动平台，以及连接在机座和动平台之间的第一运动支链和第二运动支链，第一运动支链和第二运动支链部分运动副嵌套在一起；所述第一运动支链包括一个螺旋副、一个下移动副、螺母回转副，螺旋副由螺旋杆和螺母组成，第一电机与螺旋杆驱动连接；下移动副由滑杆及第二运动支链的驱动回转副的中空回转轴组成，滑杆嵌套贯穿于该中空回转轴内，滑杆底部与螺母通过螺母回转副连接；所述第二运动支链包括一个驱动回转副，驱动回转副安装在机座上，且驱动回转副的中空回转轴由安装在机座上的第二电机通过传动机构驱动；其特征是所述第一运动支链还包括滑杆回转副和动平台回转副，安装在滑杆上的滑杆回转副和与动平台连接的动平台回转副之间通过动平台连杆连接，滑杆回转副和动平台回转副的轴线平行，且与螺母回转副的轴线垂直；第二运动支链还包括下回转副、中回转副和上回转副以及一个上移动副；下回转副、中回转副和上回转副的轴线与第一运动支链的滑杆回转副的轴线平行，且与驱动回转副的轴线垂直；下回转副与驱动回转副由下连杆连接，下回转副与中回转副由中连杆连接，上回转副与中回转副由上连杆连接；上回转副安装在第一运动支链的滑杆的上端；上移动副连接动平台和上连杆的延伸端，且移动方向与上回转副的轴线垂直。

2.根据权利要求1 所述的二自由度动平台可连续回转并联机器人机构，其特征在于所述滑杆的横截面为正方形、长方形、三角形、六边形或花键形。

3.根据权利要求1 所述的二自由度动平台可连续回转并联机器人机构，其特征在于所述传动机构是带驱动、链条驱动或齿轮驱动。