CN1189288C - 一种三自由度转动平台并联机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动平台作球面转动的并联机器人机构。这种机构由动平台(2)和固定平台(1)及连接动平台和固定平台的三条运动支链组成，其中三条运动支链的结构相同，每条运动支链由万向节(3)、移动副(4)和圆柱副(5)组成，各运动支链中万向节(3)的轴线(6)垂直于移动副(4)的轴线及圆柱副(5)的轴线，所有三个运动支链中的万向节的轴线(7)与所有圆柱副的轴线相交于一点O。当所述的机构在原动件驱动下运动时，其动平台绕某一固定点作球面转动。这种机构结构简单并且各运动支链的结构对称，可应用于机器人腕关节或其它需要空间姿态定位的应用场合。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种并联机器人机构。
(二)背景技术
并联机器人具有刚度大、负荷自重比高等传统的串联机器人所没有的优点，近年来成为了国际上机器人学研究的热点和焦点。并联机器人通常由动平台和固定平台通过运动支链联结而成，并联机器人的自由度数目一般与运动支链的数目相同，早期的并联机器人通常是6自由度的6-SPS Stewart平台机构，Stewart平台机构具有工作空间小、运动正解困难、结构设计复杂及位置与姿势参数藕联等缺点。为了克服6自由度并联机构的这些缺点，近年来许多研究人员把注意力转向了少自由度(动平台运动自由度数目少于6)并联机器人，少自由度并联机器人机构具有结构简单、工作空间较大、设计与控制比较简单等优点。至今所提出的少自由度并联机器人机构大多数是三自由度的，其中以三自由度直动平台并联机器人机构为主，如Tsai 1997年提出的三自由度平动并联机器人(美国专利号：5656905)，与三自由度平动并联机器人相比，三自由度转动并联机器人机构类型较少，至今只有3-RRR并联机构(Gosselin C.and Angeles J.，1989，“The Optimum Kinematic Design of a SphericalThree-Degree-of-Freedom Parallel Manipulator，”ASME Journal of Mechanisms，Transmissions，and Automation in Design，111(2)，pp.202-207.)、Karouia 2000年提出的3-UPU机构(Karouia，M.，and Hervé，J.M.，2000，“A Three-DOF Tripod For Generating Spherical Rotation，”Advancesin Robot Kinematics，J.Lenarcic and M.M.Stanisic(eds.)，Kluwer Academic Publishers，pp.395-402.)、Vischer 2000年提出的Argos机构(Vischer P.，and Clavel R.，2000，“Argos：A Novel3-DOF Parallel Wrist Mechanism，”The International Journal of Robotics Research，19(1)，pp.5-11.)以及Di Gregorio 2001年提出的3-RUU(Di Ggregorio，R.，2001，“A New Parallel WristUsing Only Revolute Pairs：The 3-RUU Wrist，”Robotica，19(3)，pp.305-309.)等有限的几种，其中3-RRR并联机器人属于过约束机构，它对制造和安装精度要求很高，否则就会发生卡死现象，而3-RUU并联机构的每条运动支链中有两个转动副是不动的(或称为惰副)，即它实际上等效于3-RRR并联机构，而Argos并联机构的每条支链中都含有一个球面副，球面副将会提高制造成本而且难于保证其精度。综上所述，目前三自由度转动平台的并联机器人机构类型太少，而且它们在性能方面还存在着不能令人满意之处，非常需要更多的新型三自由度转动并联机构，以满足设计与应用的要求。
(三)发明内容
本发明提供了一种新型的三自由度转动平台并联机器人机构。
本发明的技术方案是：连接动平台和固定平台的三条运动支链的结构相同，每条运动支链与固定平台相联接的运动副是万向节，与动平台相联接的运动副是圆柱副，运动支链的中间运动副是移动副，当机构运动时，动平台绕一固定点作球面转动。
本发明的有益效果是：这些机构具有结构简单、没有过约束、位置与姿态参数解藕以及不存在隋副等优点，便于控制和设计，可应用于机器人手腕机构、卫星天线的姿态定位或其它需要三维球面转动的场合。
(四)附图说明
图1三自由度转动平台并联机器人机构示意图
(五)具体实施例
三自由度转动平台并联机器人机构，由固定平台1和动平台2及连接动平台和固定平台的三条运动支链组成，三条运动支链的结构相同，每条运动支链与固定平台1相联接的运动副是万向节3，与动平台2相联接的运动副是圆柱副5，运动支链的中间运动副是移动副4，当机构运动时，动平台2绕固定点O作球面转动。各运动支链中万向节3中与移动副4相邻的轴线6垂直于移动副的轴线8及圆柱副的轴线9。所有三个运动支链中的万向节3中与固定平台1相邻的轴线7与三个支链中所有圆柱副的轴线9相交于一点O，该点就是动平台运动时的转动中心。图示的运动支链也可以倒置，万向节与动平台联接，圆柱副与固定平台联接，即各运动支链中的运动副排列方式从“万向节-移动副-圆柱副”变换为“圆柱副-移动副-万向节”的排列方式。机构的每一条运动支链中的移动副4可选作为驱动副，则在原动件的运动过程中动平台只绕图中所示的O点作球面转动。
Claims (4)
1.一种三自由度转动平台并联机器人机构，该机构由动平台(2)和固定平台(1)及连接动平台和固定平台的三条运动支链组成，其特征在于：三条运动支链的结构相同，每条运动支链与固定平台(1)相联接的运动副是万向节(3)，与动平台(2)相联接的运动副是圆柱副(5)，运动支链的中间运动副是移动副(4)，当机构运动时，动平台(2)绕一固定点作球面转动。
2.根据权利要求1所述的三自由度转动平台并联机器人机构，其特征在于：各运动支链中万向节(3)中与移动副(4)相邻的轴线(6)垂直于移动副的轴线(8)及圆柱副的轴线(9)。
3.根据权利要求1或2所述的三自由度转动平台并联机器人机构，其特征在于：所有三个运动支链中的万向节(3)中与固定平台(1)相邻的轴线(7)与三个运动支链中所有圆柱副(5)的轴线(9)相交于一点，该点就是动平台运动时的转动中心。
4.根据权利要求1或2所述的三自由度转动平台并联机器人机构，各运动支链中的运动副排列方式从所述的“万向节-移动副-圆柱副”变换为“圆柱副-移动副-万向节”的排列方式。
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