CN103586862A - 新型三支链六自由度机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型三支链六自由度机器人，包括静平台、动平台以及连接于静平台和动平台之间的三条结构相同且并联连接的支链，其中，每一条支链均包括第一构件、第二构件、第三构件和第四构件，第一构件通过虎克铰固定于静平台上，第二构件与第一构件之间通过移动副连接，第三构件与第二构件之间通过第一转动副连接，第四构件与第三构件之间通过第二转动副连接，动平台与第四构件之间通过第三转动副连接，所述每一条支链均通过移动副和第一转动副进行双驱动，每一条支链上的第一转动副、第二转动副和第三转动副串联。本发明具有机构性能高、控制系统简单，易操作、运动平台以及移动和转动运动部分解耦、简化了运动学逆解的计算的特点。

Description

新型三支链六自由度机器人
技术领域
本发明涉及三支链六自由度运动平台技术领域，具体是一种新型三支链六自由度机器人。
背景技术
自20世纪60年代以来，多种形式的机构广泛应用于各种领域，它们可以代替人类劳动，完成各种精密、繁重、环境恶劣，甚至危险的任务。目前在工厂生产中应用较多的是具有串联机构的工业机械臂。串联机构运动空间大，运动学正解比较简单。并联机构则具有刚度高、精度高、承载能力强的特点。6自由度并联机构是并联机器人机构中的一大类，也是研究得最多的并联机构，广泛应用在飞行模拟器、6维力与力矩传感器和并联机床等领域。然而，这类机构一般具有6个运动链，例如6-SPS、6-PUS等斯图尔特机构。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种新型三支链六自由度机器人。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种新型三支链六自由度机器人，包括静平台、动平台以及连接于静平台和动平台之间的三条结构相同且并联连接的支链，其中，每一条支链均包括第一构件、第二构件、第三构件和第四构件，第一构件通过虎克铰固定于静平台上，第二构件与第一构件之间通过移动副连接，第三构件与第二构件之间通过第一转动副连接，第四构件与第三构件之间通过第二转动副连接，动平台与第四构件之间通过第三转动副连接，所述每一条支链均通过移动副和第一转动副进行双驱动，每一条支链上的第一转动副、第二转动副和第三转动副依次串联。
优选地，三条支链的虎克铰铰接点在圆周上均匀分布，从圆周圆心到铰接点的直径夹角为120度。
优选地，每一个虎克铰均包括第一转动轴线和第二转动轴线，所述第一转动轴线在静平面上，并与虎克铰的铰接点所在圆周相切，所述第二转动轴线垂直于第一构件的轴线和第一转动轴线。
优选地，第一转动副轴线和移动副轴线相重合；第二转动副轴线与第一转动副轴线相垂直；所述第三转动副轴线与第二转动副轴线相垂直。
优选地，每一条支链上的3条转动副轴线相交于一点，三条支链上的9条转动副轴线也相交于一点。
优选地，所述第三构件为直角结构，第一转动副轴线和第二转动副轴线正相交。
优选地，所述第四构件为直角结构，第二转动副轴线和第三转动副轴线正相交。
本发明提供的新型三支链六自由度机器人，不同于现有的6支链6自由度并联机构，本发明采用串联和并联机构混联的方式，充分发挥串、并联机构的特点，进一步提高机构性能。并且机构中没有球铰，能够使转动和移动运动的部分解耦。控制系统简单，易操作；每一条支链均具有移动副和转动副双驱动，运动平台以及移动和转动运动部分解耦；每一条支链上的3个转动副串联代替球铰，三条支链上的共9条转动副轴线相交于一点，简化了运动学逆解的计算。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明整体结构示意图；
图2是第三构件结构示意图；
图3是本发明局部连接结构示意图；
图中，1为静平台，2为虎克铰，3为第一构件，4为第二构件，5为第三构件，6为第四构件，7为动平台。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
请同时参阅图1至图3。
本实施例提供了一种新型三支链六自由度机器人，包括静平台1、动平台7以及连接于静平台和动平台之间的三条结构相同且并联连接的支链，其中，每一条支链均包括第一构件3、第二构件4、第三构件5和第四构件6，第一构件3通过虎克铰2固定于静平台1上，第二构件4与第一构件3之间通过移动副连接，第三构件5与第二构件4之间通过第一转动副连接，第四构件6与第三构件5之间通过第二转动副连接，动平台7与第四构件6之间通过第三转动副连接，所述每一条支链均通过移动副和转动副进行双驱动。
进一步地，三条支链的虎克铰铰接点在圆周上均匀分布，从圆周圆心到铰接点的直径夹角为120度。
进一步地，每一个虎克铰均包括第一转动轴线和第二转动轴线，所述第一转动轴线在静平面上，并与虎克铰的铰接点所在圆周相切，所述第二转动轴线垂直于第一构件的轴线和第一转动轴线。
进一步地，第一转动副轴线和移动副轴线相重合；第二转动副轴线与第一转动副轴线相垂直；所述第三转动副轴线与第二转动副轴线相垂直。
进一步地，每一条支链上的3个转动副的转动轴线相交于一点，三条支链上的9个转动副的转动轴线也相交于一点。
进一步地，所述第三构件为直角结构，第一转动副轴线和第二转动副轴线正相交。
进一步地，所述第四构件为直角结构，第二转动副轴线和第三转动副轴线正相交。
进一步地，每一条支链上的第一转动副、第二转动副和第三转动副依次串联。
具体为，
如图1所示，三条支链结构相同，每条支链中的第一构件通过虎克铰固定在静平台上，三个铰接点在圆周上均匀分布，从圆周圆心到铰接点的直径夹角为120度。虎克铰第一根转动轴线在静平面上，与铰接点所在的圆周相切，第二根转动轴线垂直于第一构件的轴线和第一根转动轴线。
第二构件和第一构件之间通过移动副连接。第三构件和第二构件之间是转动副，轴线为第二构件自身的轴线，也即移动副的轴线。
第四构件和第三构件之间也是通过转动副相连接。轴线和移动副轴线相垂直。
动平台和第四构件之间的转动副轴线和第四构件与第三构件之间的转动副轴线垂直。并且一条支链上的三个转动副轴线交于一点，同理，三个支链上的转动副，共9条轴线交于一点。
动平台，即动平台通过均匀分布的三个铰接点分别和三条支链上的第四构件相连接，保持动平台的各种位姿。
如图2所示，第三构件本身成直角，上下两个通孔的表示与第二构件和第四构件相连接的转动副的位置，保证两转动副的轴线正交。第四构件与第三构件结构类似。
如图3所示，每条支链上的移动副的位移不变，虎克铰的转角不变，改变9个转动副的转角，可以使动平台在空间的位置不变，只做旋转、翻转、俯仰动作。即动平台的移动不受转动影响。本实施例中移动和转动的部分解耦。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种新型三支链六自由度机器人，其特征在于，包括静平台、动平台以及连接于静平台和动平台之间的三条结构相同且并联连接的支链，其中，每一条支链均包括第一构件、第二构件、第三构件和第四构件，第一构件通过虎克铰固定于静平台上，第二构件与第一构件之间通过移动副连接，第三构件与第二构件之间通过第一转动副连接，第四构件与第三构件之间通过第二转动副连接，动平台与第四构件之间通过第三转动副连接，所述每一条支链均通过移动副和第一转动副进行双驱动，每一条支链上的第一转动副、第二转动副和第三转动副依次串联。
2.根据权利要求1所述的新型三支链六自由度机器人，其特征在于，三条支链的虎克铰铰接点在圆周上均匀分布，从圆周圆心到铰接点的直径夹角为120度。
3.根据权利要求2所述的新型三支链六自由度机器人，其特征在于，每一个虎克铰均包括第一转动轴线和第二转动轴线，所述第一转动轴线在静平面上，并与虎克铰的铰接点所在圆周相切，所述第二转动轴线垂直于第一构件的轴线和第一转动轴线。
4.根据权利要求1所述的新型三支链六自由度机器人，其特征在于，第一转动副轴线和移动副轴线相重合；第二转动副轴线与第一转动副轴线相垂直；所述第三转动副轴线与第二转动副轴线相垂直。
5.根据权利要求1或4所述的新型三支链六自由度机器人，其特征在于，每一条支链上的3条转动副轴线相交于一点，三条支链上的9条转动副轴线也相交于一点。
6.根据权利要求5所述的新型三支链六自由度机器人，其特征在于，所述第三构件为直角结构，第一转动副轴线和第二转动副轴线正相交。
7.根据权利要求5所述的新型三支链六自由度机器人，其特征在于，所述第四构件为直角结构，第二转动副轴线和第三转动副轴线正相交。
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