CN104400780B - 一种三支链六自由度并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种三支链六自由度并联机构，包括静平台和动平台以及连接在静动平台之间均匀分布的三个结构相同的运动支链，其特征在于所述每一个运动支链包括：一个圆柱副、一个平行四边形运动链、轴线平行的一个上连杆转动副和一个下连杆转动副、一个轴线过动平台中心点的动平台转动副；圆柱副与静平台相连，其轴线垂直于静平台，沿圆柱副轴线的上下移动和绕其轴线的转动作为并联机构的驱动；所述上连杆转动副和下连杆转动副的轴线分别位于平行四边形运动链的上连杆和下连杆处，且上连杆转动副和下连杆转动副的轴线分别与上连杆和下连杆的轴线重合；平行四边形运动链是由四个连杆组成的平行四边形及四个结构相同的平行四边形转动副构成。

Description

一种三支链六自由度并联机构
技术领域
本发明涉及机械学领域的并联机器人技术，具体为一种三支链六自由度并联机构。
背景技术
DELTA机器人机构是一种含有闭环子链且具有三个自由度移动的并联机构。它有两个三角形平台,即位于上方的基座平台和位于下方的运动平台,基座平台的三边通过三条完全相同的运动链,分别连接到运动平台的三条边上。每条运动链中有一个由四个回转副与杆件组成的平行四边形闭环,此闭环再与一个带转动关节的驱动臂相串联,这三条运动链决定了运动平台的运动特性。该机构整体结构简单、紧凑，驱动部分均布于固定平台，使它具有良好的运动学和动力学性能，现已成功应用到工业机器人，并取得了良好的效果。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。现有的六自由度三支链并联机器人机构(如专利申请号201210227966.X)所述及的机构为六自由度三支链，但由于其含有UU运动链，因而造成其机构和运动复杂，不利于机构的推广应用。
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：提供一种三支链六自由度并联机构。该机构同样可以实现六个自由度的运动，但借鉴了DELTA机构的平行四边形运动链，且每个支链的圆柱副作为运动输入的主驱动副，运动副的驱动均可安装在机座上来驱动，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：设计一种三支链六自由度并联机构，包括静平台和动平台以及连接在静平台和动平台之间的三个结构相同的运动支链，三个运动支链绕动静平台中心点均匀分布，其特征在于所述的每一个运动支链包括：一个圆柱副、一个平行四边形运动链、轴线平行的一个上连杆转动副和一个下连杆转动副、一个轴线过动平台中心点的动平台转动副；所述的圆柱副与静平台相连，其轴线垂直于静平台，沿圆柱副轴线的上下移动和绕其轴线的转动作为机构的驱动；所述上连杆转动副和下连杆转动副的轴线分别位于平行四边形运动链的上连杆和下连杆处，且上连杆转动副和下连杆转动副的轴线分别与上连杆和下连杆的轴线重合；运动支链中的平行四边形运动链是由四个连杆组成的平行四边形及四个结构相同的平行四边形转动副构成，四个结构相同的平行四边形转动副的轴线相互平行，并均垂直于由四个连杆组成的平行四边形平面，且与平行四边形运动链的上连杆轴线重合的上连杆转动副和过动平台中心的动平台转动副轴线垂直相交；与平行四边形运动链的下连杆轴线重合的下连杆转动副和圆柱副相连，并垂直于圆柱副的轴线。
与现有技术相比，本发明的三支链六自由度并联机构所述的三个相同运动支链中圆柱副作为机构的输入，需要用两个驱动，但这两个驱动的驱动电机均可固定安装在机座(静平台)上，从而可降低运动部件的质量和复杂度，具有更好的动态性能，同时该机构突破了DELTA机构仅具有三个自由度的局限，动平台可以实现六个自由度的运动，扩大了并联机构的应用领域。
附图说明
图1为本发明三支链六自由度并联机构一种实施例的整体形状结构示意图。
图2为本发明三支链六自由度并联机构一种实施例的运动支链形状结构示意图。
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。
本发明设计的三支链六自由度并联机构(简称并联机构，参见图1、2)包括：静平台1和动平台2以及连接在静平台1和动平台2之间的三个结构相同的运动支链，即第一运动支链A、第二运动支链B和第三运动支链C，三个运动支链绕动静平台中心点均匀分布。每一个运动支链结构尺寸均相同。现以第一运动支链A(参见图2)为例具体说明。第一运动支链A包括：圆柱副A5、平行四边形运动链A3、轴线平行的一个上连杆转动副A2和一个下连杆转动副A4，一个轴线过动平台中心点的动平台转动副A1；并联机构中圆柱副A5与静平台1相连，其轴线垂直于静平台1，沿圆柱副A5轴线的上下移动和绕其轴线的转动作为并联机构的驱动；轴线平行的上连杆转动副A2和下连杆转动副A4的轴线分别位于平行四边形运动链A3上连杆A32和下连杆A31处，且各自的轴线分别与上连杆A32和下连杆A31的轴线重合；支链中的平行四边形运动链A3是由四个连杆A31、A32、A33和A34组成的平行四边形及四个结构相同的平行四边形转动副A6构成，且四个结构相同的平行四边形转动副A6轴线相互平行，并均垂直于四个连杆A31、A32、A33和A34组成的平行四边形平面；与平行四边形运动链A3的上连杆A31轴线重合的上连杆转动副A2和过动平台2中心的动平台转动副A1轴线垂直相交；与平行四边形运动链A3的下连杆A32轴线重合的下连杆转动副A4和圆柱副A5相连并垂直于圆柱副A5的轴线。
本发明并联机构中，所述平行四边形运动链A3的四个连杆A31、A32、A33和A34横截面形状不受限定，可以是正方形、长方形或圆形等常用形状。在不影响转动副运动的情况下，所述平行四边形运动链A3的四个连杆A31、A32、A33和A34也可以是其他截面形状。
本发明并联机构中，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和静平台1的结构形状为三角形、矩形或圆形，也可以其他任意形状，不受限定；实施例的动平台2和静平台1的结构形状均为三角形。
本发明并联机构的工作原理和过程是(参见图1)：在静平台1上可以分别安装驱动电机，用来分别控制圆柱副A5的两个运动输入，即圆柱副A5的上下移动和绕其自身轴线的转动。当三个运动支链所述的圆柱副A5共同被驱动时，通过转动副A4回转和平行四边形运动链A3的平面移动，可带动转动副A2和A1转动，从而驱动动平台2运动，即可以实现六自由度的运动。
本发明并联机构的突出优点在于，采用较少的运动支链，借鉴DELTA机构的布局，平台可以实现六个自由度的运动，机构沿各个运动方向上具有相同的运动学性能，而且在运动和力传递过程中不会产生放大、缩小或者严重失真的情况，故该机构在运动和力传递方面具有良好的性能，同时还具有工作空间大，定位精度高等优点,而分支中闭环回路结构的存在又增加了并联机构的刚度和承载能力。虽然每个运动支链的圆柱副需要有两个驱动，但这两个驱动的驱动电机均可以固定安装在机座(即静平台1)上，从而可以降低运动部件的质量和复杂度，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)

1.一种三支链六自由度并联机构，包括静平台和动平台以及连接在静平台和动平台之间的三个结构相同的运动支链，三个运动支链绕动静平台中心点均匀分布，其特征在于所述的每一个运动支链包括：一个圆柱副、一个平行四边形运动链、轴线平行的一个上连杆转动副和一个下连杆转动副、一个轴线过动平台中心点的动平台转动副；所述的圆柱副与静平台相连，其轴线垂直于静平台，沿圆柱副轴线的上下移动和绕其轴线的转动作为并联机构的驱动；所述上连杆转动副和下连杆转动副的轴线分别位于平行四边形运动链的上连杆和下连杆处，且上连杆转动副和下连杆转动副的轴线分别与上连杆和下连杆的轴线重合；运动支链中的平行四边形运动链是由四个连杆组成的平行四边形及四个结构相同的平行四边形转动副构成，四个结构相同的平行四边形转动副的轴线相互平行，并均垂直于由四个连杆组成的平行四边形平面，且与平行四边形运动链的上连杆轴线重合的上连杆转动副和过动平台中心的动平台转动副轴线垂直相交；与平行四边形运动链的下连杆轴线重合的下连杆转动副和圆柱副相连，并垂直于圆柱副的轴线。
2.根据权利要求1所述的三支链六自由度并联机构，其特征在于所述平行四边形运动链的四个连杆横截面是正方形、长方形或圆形。
3.根据权利要求1所述的三支链六自由度并联机构，其特征在于所述的动平台或静平台的结构形状为三角形、矩形或圆形。
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