CN103895008A - 一种仅含转动副的空间三平动并联机器人机构 - Google Patents

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李彬
李杨民
赵新华
赵磊
杨玉维
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Abstract

一种仅含转动副的空间三平动并联机器人机构,涉及机器人和先进制造技术领域。该机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条支链组成,每条支链由固定平台到运动平台均由电机、减速器、主动臂、上端关节、从动臂以及下端关节组成(共含有5个转动副)。本发明的机构其工作平台可实现笛卡尔坐标系下的三维平动的运动输出,由于机构的支链运动副均是转动副,因此机构简单,制造、安装容易,传动精度高,成本低;且工作空间较大,传动特性好;同时机构的运动学正、反解简单,简化了轨迹规划、控制、校正等一系列技术问题。

Description

一种仅含转动副的空间三平动并联机器人机构
技术领域
[0001] 本发明涉及机器人机构和先进制造技术领域,特别涉及一种实现空间三平动的空间三自由度并联机构。
背景技术
[0002] 并联机构是一组由两个或两个以上的分支机构并联而成的机构。它的特点是所有分支机构可同时接受驱动器输入,而最终共同给出输出,在机构学上属于多路闭环机械系统。以并联机构作为传动进给机构的数控机床、机器人操作机以及由此组成的制造单元统称为并联构型装备,是近年来发展起来的一种有着广阔应用前景的新型制造装备。并联机器人机构广泛应用于大型模拟设备、机器人、数控机床、传感器、微操作器、雕刻机和测量机等技术领域。Stewart平台是一种典型的并联机器人机构,该机构具有6个自由度,首次用于并联机器人和数控机床被认为是二十世纪以来机床结构的一次革命,在这以后发明了多种6自由度并联机构。
[0003] 由于结构的限制,6自由度并联机构有许多技术问题没能很好解决,如运动耦合性强、运动学正解复杂、工作空间小、传动特性差等。少自由度并联机器人机构在工业生产中具有广阔的应用前景,不少学者研究了多种该类型的机构,如Delta机构、Star Like机构等。中国学者在少自由度并联机器人机构的研究方面也取得了大量的研究成果(如专利申请号:01108297.6; 01113519.0; 03113354.1; 200410018623.8; 200510037951.7 等)。
[0004]目前3平动并联机构机器人机构作为拾取机构具有广阔的应用前景,但现有并联结构形式的定位部件存在杆件多、运动副多、执行部分的惯性大而导致机构运行速度不高。目前各国学者通过不同的构型综合方法列举了大量的三平动并联机构,但是大部分机构中均含有胡克铰、球副等复杂运动副,不利于机构零部件的加工及后续维护,如何设计满足功能需求并且组成机构的运动副简单,是各国学者研究的重点之一。
发明内容
[0005] 本发明的目的是解决现有3平动并联机构机器人存在杆件多、运动副多、执行部分的惯性大而导致机构运行速度不高的问题,提供一种结构简单、制造、安装容易,传动精度和运行速度高,成本低;且工作空间较大,传动特性好的仅含转动副可实现三平动的空间并联机器人机构。
[0006] 本发明所采用的技术方案
一种仅含转动副的空间三平动并联机器人机构,该机构由固定平台1、运动平台2和联接上述两平台的三条结构形式完全相同的支链组成;其中每条支链由固定平台到运动平台分别均由电机3、减速器4、主动臂5、上端关节6、从动臂7以及下端关节8组成;其中
所述的电机3和减速器4安装在固定平台I上,主动臂5通过减速器4与电机3相联接,从动臂7 —端通过上端关节6与主动臂5相联接,从动臂7另一端通过下端关节8与运动平台2相联接;上端关节6由两个转动副即第一转动副和第二转动副组成,两个转动副的轴线相互垂直;下端关节8同样由两个转动副即第三转动副和第四转动副组成,两个转动副的轴线相互垂直;第一转动副轴线Rl与减速器的输出轴线RO相平行,靠近从动臂7两端的第二转动副与第三转动副的轴线R2与R3相互平行。
[0007] 本发明的有益效果是:
1、机构工作平台(即运动平台)可实现三平动形式的运动输出。
[0008] 2、机构的驱动副完全放置于固定平台之上,大大减少了机构整体的运动惯性,从而可以实现机构的高速运动。
[0009] 3、机构仅含转动副,结构简单,制造、安装容易,传动精度高,成本低;且工作空间较大,传动特性好;同时机构的运动学正、反解简单,简化了轨迹规划、控制、校正等一系列技术问题。[0010] 4、通过在运动平台上串接一个夹持工具,由此可应用于高速拾取的场合。
[0011]【附图说明】
图1是本发明的仅含转动副的三平动并联机构结构示意图。
[0012] 图2是本发明的主动臂与从动臂连接处的放大示意图。
[0013] 图3是本发明的从动臂与运动平台连接处的放大示意图。
[0014] 图中,I固定平台,2运动平台,3电机,4减速器,5主动臂,6上端关节,7从动臂,8下端关节。
[0015] 以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
[0016]【具体实施方式】
本发明提供的仅含转动副的三平动并联机构由固定平台1、运动平台2和联接上述两平台的三条结构形式完全相同的支链组成;其中各支链(如第一支链LI)由固定平台到运动平台分别由电机3、减速器4、主动臂5、上端关节6、从动臂7以及下端关节8组成;其中所述的电机3和减速器4安装在固定平台I上,主动臂5通过减速器4与电机3相联接,从动臂7通过上端关节6与主动臂5相联接,通过下端关节8与运动平台2相联接;上端关节6由两个转动副即第一转动副和第二转动副组成,两个转动副的轴线分别为Rl、R2并且Rl与R2相互垂直;下端关节8同样由两个转动副即第三转动副和第四转动副组成,两个转动副的轴线分别为R3、R4并且R3与R4相互垂直;第一转动副轴线Rl与减速器的输出轴线RO相平行,靠近从动臂7两端的第二转动副与第三转动副的轴线R2与R3相互平行。
[0017] 如图1所示,通过电机和减速器带动主动臂转动达到不同的位置时,其余各转动副在主动臂、从动臂和运动平台的拉动下,做相应的运动,从而实现运动平台在工作空间内做平动运动。

Claims (1)

1.一种仅含转动副的空间三平动并联机器人机构,其特征在于该机构由固定平台、运动平台和联接上述两平台的三条结构形式完全相同的支链组成;其中每条支链由固定平台到运动平台均由电机、减速器、主动臂、上端关节、从动臂以及下端关节组成;其中, 所述的电机和减速器安装在固定平台上,主动臂通过减速器与电机相联接,从动臂一端通过上端关节与主动臂相联接,从动臂另一端通过下端关节与运动平台相联接;上端关节由两个转动副即第一转动副和第二转动副组成,两个转动副的轴线相互垂直;下端关节同样由两个转动副即第三转动副和第四转动副组成,两个转动副的轴线相互垂直;第一转动副轴线与减速器的输出轴线相平行,靠近从动臂两端的第二转动副与第三转动副的轴线相互平行。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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