CN106078686A - 一种多自由度空间并联机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多自由度空间并联机器人机构，由运动平台、固定平台和连接上述两平台的三条支链组成，所述三条支链中的第一支链由一个万向节副、一个球铰副、一个圆柱副以及它们之间的连杆组成，第二条支链由一个万向节副、一个移动副以及它们之间的连杆组成，三条支链中的第三支链自上而下由两个转动副、一个圆柱副以及它们之间的连杆组成，可实现三个移动的运动输出，机构简单，加工制造容易，运动学模型简单，使得运动学标定和控制变得容易，同时机构关节少，提高了结构刚度。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种多自由度空间并联机器人机构。
背景技术
并联机构（Parallel Mechanism，简称PM），可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。
并联机器人和传统工业用串联机器人在哲学上呈对立统一的关系，和串联机器人相比较，并联机器人具有以下特点：无累积误差，精度较高；驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；结构紧凑，刚度高，承载能力大；完全对称的并联机构具有较好的各向同性；工作空间较小；根据这些特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用。
并联机器人机构是通过固定平台和运动平台之间用两个以上的支链相连，每个支链由连杆和运动副组成，运动平台具有两个以上的自由度，而且以并联方式驱动的机构，这与传动的串联机器人在机构学、运动学、动力学等方面都有很大的不同。
联机器人机构广泛应用于机器人、数控机床、传感器、微动操作、制造加工等技术领域，研究人员也发明了很多并联机构。但是现有的并联机器人机构仍存在一些不足，如工艺性差、结构复杂、制造成本高等问题。
发明内容
为此，本发明提供了一种多自由度空间并联机器人机构，本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，运动副数目少，成本较低，能实现三个移动的空间并联机器人机构。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种多自由度空间并联机器人机构，由运动平台、固定平台和连接上述两平台的三条支链组成，所述三条支链中的第一支链由一个万向节副、一个球铰副、一个圆柱副以及它们之间的连杆组成，第二条支链由一个万向节副、一个移动副以及它们之间的连杆组成，三条支链中的第三支链自上而下由两个转动副、一个圆柱副以及它们之间的连杆组成；
第一支链的第一连杆的一端通过第一万向节副与运动平台连接，第一连杆的另一端通过球铰副、第一圆柱副与固定平台连接；
第二支链的第二连杆的一端通过第二万向节副与运动平台连接，第二连杆的另一端通过移动副与固定平台连接；
第三支链的第三连杆的一端通过第一转动副与运动平台连接，第三连杆的另一端通过第二转动副与第四连杆的一端连接，第四连杆的另一端通过第二圆柱副与固定平台连接；
其中，第一支链的第一圆柱副、第二支链的移动副和第三支链的第二圆柱副为机构的驱动副。
优选地，所述的运动平台为等边三角形。
进一步地，所述的运动平台为等腰直角三角形，其中第一万向节副中心点、第二万向节副中心点与第一转动副中心点的连线夹角为90°。
特别地，第一支链的第一圆柱副轴线与第一万向节副的一条轴线平行。
具体地，第二支链的移动副轴线与第二万向节副的一条轴线平行。
可选地，第一支链的第一圆柱副、第三支链的第二圆柱副采用电机驱动。
优选地，第二支链的移动副采用电机驱动丝杠结构进行驱动。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种多自由度空间并联机器人机构，所述并联机器人机构的运动平台可实现三个移动的运动输出，机构简单，加工制造容易，运动学模型简单，使得运动学标定和控制变得容易，同时机构关节少，提高了结构刚度。
附图说明
图1是一种多自由度空间并联机器人机构。
其中：1-运动平台，2-第一转动副，3-第二转动副，4-第二圆柱副，5-第一万向节副，6-第一圆柱副，7-第二万向节副，8-移动副，9-固定平台，10-球铰副，L1-第一连杆,L2-第二连杆,L3-第三连杆，L4-第四连杆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
在一个实施例中，如图1所示，一种多自由度空间并联机器人机构，由运动平台1、固定平台9和连接上述两平台的三条支链组成，所述三条支链中的第一支链由一个万向节副、一个球铰副、一个圆柱副以及它们之间的连杆组成，第二条支链由一个万向节副、一个移动副以及它们之间的连杆组成，三条支链中的第三支链自上而下由两个转动副、一个圆柱副以及它们之间的连杆组成；
第一支链的第一连杆L1的一端通过第一万向节副5与运动平台1连接，第一连杆L1的另一端通过球铰副10、第一圆柱副6与固定平台9连接；
第二支链的第二连杆L2的一端通过第二万向节副7与运动平台1连接，第二连杆L2的另一端通过移动副8与固定平台连接；
第三支链的第三连杆L3的一端通过第一转动副2与运动平台1连接，第三连杆L3的另一端通过第二转动副3与第四连杆L4的一端连接，第四连杆(L4)的另一端通过第二圆柱副4与固定平台连接；
其中，第一支链的第一圆柱副6、第二支链的移动副8和第三支链的第二圆柱副4为机构的驱动副。
优选地，所述的运动平台1为等边三角形。
具体地，所述的运动平台1为等腰直角三角形，其中第一万向节副5中心点、第二万向节副7中心点与第一转动副2中心点的连线夹角为90°。
进一步地，第一支链的第一圆柱副6轴线与第一万向节副5的一条轴线平行。
可选地，第二支链的移动副8轴线与第二万向节副7的一条轴线平行。
具体地，第一支链的第一圆柱副6、第三支链的第二圆柱副4采用电机驱动。
优选地，第二支链的移动副8采用电机驱动丝杠结构进行驱动。
上述三支链构成的平台在多个运动副支撑下，通过设定驱动副来实现平台机构的运动，工作原理简单，机构加工制造容易，可实现多种运动形式，为进一步研制机器人运动机构提供基础。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种多自由度空间并联机器人机构，所述并联机器人机构的运动平台可实现三个移动的运动输出，机构简单，加工制造容易，运动学模型简单，使得运动学标定和控制变得容易，同时机构关节少，提高了结构刚度。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种多自由度空间并联机器人机构，其特征在于：由运动平台（1）、固定平台（9）和连接上述两平台的三条支链组成，所述三条支链中的第一支链由一个万向节副、一个球铰副、一个圆柱副以及它们之间的连杆组成，第二条支链由一个万向节副、一个移动副以及它们之间的连杆组成，三条支链中的第三支链自上而下由两个转动副、一个圆柱副以及它们之间的连杆组成；
第一支链的第一连杆（L1）的一端通过第一万向节副（5）与运动平台（1）连接，第一连杆（L1）的另一端通过球铰副（10）、第一圆柱副（6）与固定平台（9）连接；
第二支链的第二连杆（L2）的一端通过第二万向节副（7）与运动平台（1)连接，第二连杆（L2）的另一端通过移动副(8）与固定平台连接；
第三支链的第三连杆（L3）的一端通过第一转动副（2）与运动平台（1）连接，第三连杆（L3）的另一端通过第二转动副（3）与第四连杆（L4）的一端连接，第四连杆(L4)的另一端通过第二圆柱副（4）与固定平台连接；
其中，第一支链的第一圆柱副（6）、第二支链的移动副（8）和第三支链的第二圆柱副（4）为机构的驱动副。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度空间并联机器人机构，其特征在于：所述的运动平台（1）为等边三角形。
3.根据权利要求1所述的一种多自由度空间并联机器人机构，其特征在于：所述的运动平台（1）为等腰直角三角形，其中第一万向节副（5）中心点、第二万向节副（7）中心点与第一转动副（2）中心点的连线夹角为90°。
4.根据权利要求3所述的一种多自由度空间并联机器人机构，其特征在于：第一支链的第一圆柱副（6）轴线与第一万向节副（5）的一条轴线平行。
5.根据权利要求4所述的一种多自由度空间并联机器人机构，其特征在于：第二支链的移动副（8）轴线与第二万向节副（7）的一条轴线平行。
6.根据权利要求4或5所述的一种多自由度空间并联机器人机构，其特征在于：第一支链的第一圆柱副（6）、第三支链的第二圆柱副（4）采用电机驱动。
7.根据权利要求1所述的一种多自由度空间并联机器人机构，其特征在于：第二支链的移动副（8）采用电机驱动丝杠结构进行驱动。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN107469909A (zh) * | 2017-09-21 | 2017-12-15 | 北京科技大学 | 多自由度并联机构智能破碎机 |
| CN107552131A (zh) * | 2017-09-21 | 2018-01-09 | 北京科技大学 | 一种智能破碎机的驱动总成 |
| CN107773306A (zh) * | 2017-09-26 | 2018-03-09 | 山东科技大学 | 一种五自由度前列腺针刺手术机器人 |
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| WO2019056732A1 (zh) * | 2017-09-21 | 2019-03-28 | 北京科技大学 | 一种智能破碎机的驱动总成 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |