CN1287955C - 结构解耦三自由度并联机器人机构 - Google Patents
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Abstract
一种结构解耦三自由度并联机器人机构，属于一种先进制造技术领域，其结构是固定台上的三个相互垂直的支撑板上通过三个相同的运动支链与动平台的三个垂直面连接，运动支链的组成为带有驱动电机的回转副上安装着第一支连杆，第一支连杆另一端安装在第二回转副上，第二回转副上又连接第二支连杆，第二支连杆上安装着两个径向垂直的移动副。本发明结构简单，控制容易，运动精度高，可广泛应用于重载模拟设备、机器人、数控机床、传感器及微操作等技术领域。
Description
技术领域
本发明属于一种先进制造技术领域，特别涉及一种结构解耦三自由度并联机器人机构。
背景技术
并联机器人机构可定义为：上下平台(固定平台和运动平台)之间用两个或两个以上的运动支链相连，每个运动支链由连杆和运动副组成，运动平台具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的机构。并联机器人机构广泛应用于重载模拟设备、机器人、数控机床、传感器及微操作等技术领域。由于并联机器人机构各运动支链之间的运动一般是耦合的，即并联机器人末端运动平台的运动是所有运动支链的运动合成，因此导致并联机器人机构控制十分复杂，标定困难，同时也制约了设备精度的提高和成本的下降。所以，如何实现并联机器人机构运动解耦，以简化并联机构控制和标定，提高设备运动的精度并降低成本，一直是一个困难而富于挑战性的课题。
为了清楚描述并联机器人机构的解耦问题，首先对以下定义作出说明：结构解耦并联机器人机构的运动支链一般采用三向正交分布，它使得并联机器人机构末端运动平台在某个方向上的平动或转动仅仅依赖于该方向上运动支链的驱动，而与其他方向上的运动支链驱动无关，即并联机器人机构运动解耦。
迄今，并联机器人机构解耦方面已有一些研究成果：例如，专利文献“六自由度虚拟轴机床”(参见中国发明专利，公开号为CN1261018A)报道了并联机器人机构在空间一个位置(即初始位置)处的解耦，并因此降低了整机的耦合度，但除初始位置外，其它位置仍是耦合的，因此该项技术属于瞬时解耦或点解耦；又例如，专利文献“3、4、5、6自由度结构解耦并联微动机器人”(参见中国发明专利：ZL00100198.1、ZL 00100197.3、ZL00100196.5和ZL99121020.4)和“可重组模块化3-6自由度结构解耦并联微动机器人”(参见中国发明专利，公开号为CN1377757A)报道了在并联解耦研究的进展情况，但这些并联机构仅适用于微动领域，原因是其解耦是近似的，且随着工作空间的加大，各驱动单元之间的耦合度会随之相应增加，这就意味着该并联解耦机构的实际工作空间仅为几微米；换言之，为了保持输入输出之间的近似解耦关系，必须限制该并联解耦机构用于一定范围的微动操作，否则就是非解耦的，因此该项技术仍具有瞬时解耦的特点，本质上也属于瞬时解耦。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供的一种具有结构简单，控制容易，运动精度高，成本较低结构解耦三自由度并联机器人机构。
本发明的技术解决方案如下：
一种结构解耦三自由度并联机器人机构，由定平台1、动平台5以及分别固连在定平台1的三个相互垂直支撑板6、2、4上和动平台5上具有相互垂直的三个平面之间的三支结构相同的运动支链3a、3b、3c组成，运动支链的结构是安装在定平台支撑板上的回转副37的一侧安装有驱动电机36，回转副37的回转轴上连接着连杆35的一端，连杆35的另一端安装着回转副34，且回转副34与回转副37的回转轴线平行，回转副34的回转轴上又连接着连杆33的一端，连杆33的另一端与移动副32相连，移动副32上又安装着与其轴线垂直的移动副31，移动副31固装在动平台的一个平面上。
本发明与现有技术相比有如下有益效果：
1、结构解耦三自由度并联机器人机构结构简单，简化了运动模型。
2、结构解耦三自由度并联机器人机构运动解耦，标定容易，控制简单，从而降低了结构解耦三自由度并联机器人开发成本。
附图说明
图1是结构解耦三自由度并联机器人机构的结构示意图，
图2是图1的运动支链的结构示意图，
图3是图1的运动支链的运动示意图。
具体实施方式：
结构解耦三自由度并联机器人机构的结构示意图如图1所示，由三块相互垂直的支撑板6、2、4组成的定平台1通过三个结构相同的运动支链3a、3b、3c连接着彼此正交的立方体动平台5。
其中一支运动支链的结构如图2所示，固装在定平台支撑板上的回转副37的一侧安装有驱动电机36，回转副37的回转轴上连接着连杆35的一端，连杆35的另一端安装着回转副34，且回转副34与回转副37的回转轴线平行，回转副34的回转轴上又连接着连杆33的一端，连杆33的另一端与移动副32相连，移动副32上又安装着与其轴线垂直的移动副31，移动副31固装在动平台5的一个平面上。
结构解耦三自由度并联机器人机构的工作原理如下：
驱动电机36驱动主运动副回转副37，连杆35方向随之改变，连杆33方向始终不变(见图3)。但该并联机器人无论如何运动，运动支链各元素始终保持如下几何关系：回转副37和34的回转轴线平行，连杆35方向为二者的公垂线方向，移动副32和31的移动方向垂直，连杆33方向分别垂直于回转副34的回转轴线、移动副32和31的移动方向。
该结构解耦三自由度并联机器各运动支链由电机驱动，即各支链主运动副作回转运动，则动平台5实现沿X、Y、Z向的平动，具体地说，支链3c的主运动副作回转运动，动平台5实现沿X向的平动，支链3b的主运动副作回转运动，动平台5实现沿Y向的平动，支链3a的主运动副作回转运动，动平台5实现沿Z向的平动。
Claims (1)
1、一种结构解耦三自由度并联机器人机构，由定平台(1)、动平台(5)以及分别固连在定平台(1)的三个相互垂直支撑板(6、2、4)和动平台(5)上具有相互垂直的三个平面之间的三支结构相同的运动支链(3a、3b、3c)组成，其特征在于运动支链的结构是安装在定平台支撑板上的第一回转副(37)的一侧安装有驱动电机(36)，第一回转副(37)的回转轴上连接着连杆(35)的一端，连杆(35)的另一端安装着第二回转副(34)，且第二回转副(34)与第一回转副(37)的回转轴线平行，回转副(34)的回转轴上又连接着连杆(33)的一端，连杆(33)的另一端与第一移动副(32)相连，第一移动副(32)上又安装着与其轴线垂直的第二移动副(31)，第二移动副(31)固装在动平台的一个平面上。
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