CN1306899A - 一种新型四自由度空间并联机器人机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空间并联机器人机构领域。其特征在于:该机构由上下两个平台,及连接上下平台的三个TRT分支和一个SPS分支构成;其四个输入是三个TRT分支的与固定平台相连的三个垂直布置的第一转动副,和SPS分支的移动副。三个转动输入决定上平台沿X、Y方向的移动和绕Z轴的转动;中央移动副输入决定上平台C1C2C3的沿Z轴的位移。本发明可实现空间的三维移动和绕Z轴的转动。该机构除具有并联机构的刚度大、承载大和精度高的特点外,还具有机构相对简单,结构对称等优点,可由此设计出各种用途的空间并联机器人、并联虚拟轴机床、微动机器人以及传感器元件等。

Description

一种新型四自由度空间并联机器人机构
本项发明属于空间并联机器人机构领域。空间并联机器人是当今机器人领域国内外研究的热点之一。与串联机器人相比，并联机器人具有刚度大、负荷自重比高。最早的空间六自由度并联机器人是基于Stewart 1965年采用的6-SPS平台机构。这种空间并联机构开始用于飞行模拟器，近年来又被设计成并联虚拟轴机床，微动机器人和传感器元件等。近年来，新型少自由度并联机器人机构成为新的研究热点。由于这种机构相对具有结构简单、造价低等特点，在工业生产及其他领域有着广阔的应用前景。如Hunt 1983年提出三自由度的3-RPS空间并联机构已引起广泛兴趣；1990年Pierrot等提出一种称为Delta机构的三维移动机构，该机构为17杆21运动副，其中12个球面副，虽机构十分复杂，已有了广泛的应用；1995年Tsai发明了一种较简单的三自由度三维移动机构，并获得了美国专利，该机构也为17杆21运动副。到目前为止，还没有发现具有这样四个自由度的空间并联机器人机构方面的文献报道。
本项发明的目的在于提供一种新型四自由度空间并联机器人机构，该发明具有结构相对简单、对称，刚度大、承载大和精度高等优点。
这种四自由度空间并联机器人机构，由上平台c1c2c3、下平台a1a2a3，及连接上下平台的四个分支构成，其中三个为TRT分支、一个为SPS分支构成；且各TRT分支的第一、第五转动副轴线互相平行，且平行于Z轴；第二、三、四转动副轴线相互平行且与Z轴垂直；各分支第四转动副轴线位于上平台同一平面c1c2c3内。其中T代表由两轴线垂直相交的转动副构成的虎克铰、R代表转动副、S代表球副、P代表移动副。该机构的四个输入是三个TRT分支的与固定平台相连的三个垂直布置的第一转动副，和SPS分支的移动副；其中三个转动输入决定上平台沿X、Y方向的移动和绕Z轴的转动；中央移动副输入决定上平台的沿Z轴的位移。采用本机构设计的一般机器人或并联虚拟机床，其运动副为一般类型转动副、移动副和球副。采用本机构设计的微动机器人和传感器元件，运动副为弹性铰链。
下面结合附图对本发明作进一步详细大说明。
附图1．为新型四自由度空间并联机器人机构
在附图1中，上下三角形表示上下平台；O-XYZ为固联于下平台的坐标系，其原点在三角形a1a2a3的中点，Z轴垂直于三角形a1a2a3向上；p-xyz为固联于上平台的坐标系，其原点在三角形c1c2c3的中点；在外围三个分支上圆圈代表轴线平行于下平台平面的转动副；小圆柱代表轴线垂直于下平台平面的转动副；Sij(i=1,2,3；j=1,2,…5)表示运动副的轴线；在中心分支上圆圈代表球铰，中间为移动副。
这种新型四自由度空间并联机器人机构，能实现空间的三维移动和绕Z轴的转动。该机构除具有并联机构的刚度大、承载大和精度高的优点外，还具有机构相对简单，结构对称等特点，可由此设计出各种用途的空间并联机器人、并联虚拟轴机床、微动机器人以及传感器元件等。

Claims (4)

1．一种新型四自由度空间并联机器人机构，由上平台c1c2c3、下平台a1a2a3，及连接上下平台的四个分支构成，其特征在于：其中三个为TRT分支、一个为SPS分支构成；该机构的四个输入是三个TRT分支的与固定平台相连的三个垂直布置的第一转动副，和SPS分支的移动副；其中三个转动输入决定上平台沿X、Y方向的移动和绕Z轴的转动；中央移动副输入决定上平台的沿Z轴的位移。
2．根据权利要求1所述四自由度空间并联机器人机构，其特征在于：各TRT分支的第一、第五转动副轴线互相平行，且平行于Z轴；第二、三、四转动副轴线相互平行且与Z轴垂直；各分支第四转动副轴线位于上平台同一平面c1c2c3内。
3．根据权利要求1、2所述四自由度空间并联机器人机构，其特征在于：采用本机构设计的工业机器人或并联虚拟机床，其运动副为一般类型的转动副、移动副和球副。
4．根据权利要求1、2所述四自由度空间并联机器人机构，其特征在于：采用本机构设计的微动机器人和传感器元件，运动副为弹性铰链。
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