CN1311083A - 三自由度移动并联机器人机构 - Google Patents

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本发明属于机器人和机械制造领域。本发明提供的一类新型的三自由度并联移动机构,它含多种不同的具体机构可供选择。此类机构可以作为机器人实现在三维空间的任何方向的移动。它们可以被应用作为机器人实现在三维空间的任何方向的移动。它们可以被应用作为机械人、具有三个移动自由度的并联机床或微动作器。结构上它们都是由一个作为固定机架的下平台、一个运动的上平台以及联结上下平台的三个相同的运动链分支组成,可以采取线性输入。

Description

三自由度移动并联机器人机构
本发明涉及机器人和机械制造领域。
三自由度移动并联机器人机构可以实现在三维空间的任何方向的移动。即它可以单独沿坐标X方向移动、沿Y方向移动或沿Z方向移动，也可以沿着它们的组合方向移动。它们可以被应用作为机器人、微动作器或具有三个移动自由度的并联机床。现有的三自由度移动并联机构包括著名的Delta机构，该机构由14杆15个运动副组成，而且，其中含有12个球副，结构上十分复杂。美国专利公开的Tsai氏机构(USA No.5656905)含有17杆21个转动副，结构也很复杂，其另一种采用3-RPS机构，结构是简单了，但是他们都以转动副为输入的。还有一种含有多达18个万向铰的复杂机构。
本发明的目的在于提供了一种结构简单，可采用线性输入的三自由度并联机器人机构，这种新型的三自由度移动并联机器人机构中含有多种不同的结构可供选择，用以适应更加广泛的需要。
这种三自由度移动并联机器人机构，由运动的上平台2、作为机架的下平台1以及联结上下平台的3个相同的运动链分支等组成，其特征在于：每个运动链分支(其中转动副5记以R，圆柱副3记以C；移动副4记以P；万向铰6记以T)中必含有一个移动副4，移动副4的轴线与转动副5的轴线相交，移动副4是首选的线性输入；3-RPC三自由度移动并联机器人机构有两种不同结构：一种结构为：3个转动副5的轴线共面且切于同一圆周组成下平台1,3个圆柱副3的轴线共面且切于同一圆周组成上平台2；联结上下平台2、1的每个运动链分支的转动副5和圆柱副3的轴线相互平行，而移动副4的轴线则与它们的轴线相垂直；另一种机构为：3个转动副5的轴线共面汇交组成下平台1，上平台2含有三个互成120度的3个支柱，联结上下平台的每个运动链分支的转动副5和圆柱副3的轴线相互平行，而移动副4的轴线则与它们的轴线相垂直；3-PRC三自由度移动并联机器人机构：3个移动副4的轴线垂直于下平台1，三个圆柱副3的轴线切于同一圆，运动的上平台2在作为机架的框架之中，3个运动链分支将运动的上平台2与框架相连，其中对应的转动副5和圆柱副3的轴线相互平行，运动副4的轴线则与它们的轴线相垂直；3-PCR三自由度运动并联机器人机构：三个移动副4垂直于下平台1，转动副5和圆柱副3的轴线相互平行并平行于下平台1，上平台2经3个运动链分支连于下平台1，其中对应的转动副5和圆柱副3的两条轴线相互平行，而移动副4的轴线则与它们的轴线相垂直；3-CPR三自由度移动并联机器人机构：3个圆柱副3的轴线空间汇交成为固定的下平台1，运动的上平台成为三棱锥状，3个运动链分支将上平台2连接到下平台1上，其中对应的转动副5和圆柱副3的两条轴线相互平行，而移动副4的轴线则与它们的轴线相垂直；3-RPRR三自由度移动并联机器人机构：有3个转动副5的轴线共面且切于同一圆周组成下平台1,3个转动副5的轴线共面且切于另一圆周组成上平台2，其中每个运动链分支中有3个轴线相互平行的转动副5和1个移动副4，移动副4的轴线方向相对转动副5具有α倾角，0°＜a＜90°；3-TPT三自由度移动并联机器人机构：3个万向铰6联接上平台2，3个万向铰联接下平台1，其中每个运动链分支中含有2个万向铰和1个移动副4，由于万向铰可以视为两个垂直相交的转动副的组合，在每个运动链分支中，直接连接上平台2和下平台1的两个转动副5的轴线相互平行，上平台三角形还必须小于下平台三角形。
附图及实施例：
图1为三个转动副的轴线共面且切于同一圆的3-RPC机构示意图。
图2为三个转动副的轴线共面汇交的3-RPC机构示意图。
图3为三个移动副的轴线垂直于基面(下平台)，三个圆柱副的轴线切于同一圆的3-PRC机构示意图。
图4为三个移动副垂直下平台，三个转动副和三个圆柱副的轴线相互平行且平行于下平台的3-PCR机构示意图。
图5三个圆柱副的轴线空间汇交的3-CPR机构示意图。
图6每个运动链分支中含有3个轴线相互平行的转动副的3-RPRR机构示意图。
图7每个运动链分支中含有2个万向铰的3-TPT机构示意图。
本发明提供的这一类三自由度移动并联机器人机构，结构上它们都是由一个作为机架固定的下平台1、一个运动的上平台2以及联结上下平台的三个相同的运动链分支组成，每个运动链分支中都含有一个移动副P和2-3个其他类型的运动副。其中移动副4是首选的线性输入。其它的运动副包括圆柱副C、转动副R和万向铰T。这样，机构就可以用一位数字和一串大写的英文字母表示。例如：3-RPC，这里数字3表示它有三个分支，RPC表示每分支用R、P、C等三个运动副将上平台2和下平台1联结起来。转动副5将分支联于下平台i，圆柱副3将分支联于上平台2。在构成机构时当改变运动副的排列次序，或改变机架即将原来的动平台当作机架而把原来的机架当作动平台，或改变轴线方向的布置等许多方法都能形成不同的机构。
实施例1：附图1公开的是本发明的第一个实施例为3-RPC的机构(见图1)，三个转动副的轴线共面且切与同一圆周组成下平台1，三个圆柱副3的轴线共面切与另一圆周组成上平台2，上平台2经三个RPC分支与下平台1相连接。
实施例2：附图2是本发明公开的第二个实施例，为3-RPC机构(见图2)，与上述机构不同的是：下平台1的二个转动副的三条轴线交于一点，上平台2的三个圆柱副的轴线也交于一点，上平台含有三个互成120度的三个支柱。
实施例3：附图3是本发明公开的第三个实施例，为3-PRC机构(见图3)，三个移动副4的轴线垂直基面(下平台1)，三个圆柱副3的轴线切与同一圆，此种机构的机架是框架式，活动的上平台2在框架中。三个PRC分支将活动的上平台2与机架相连。
实施例4：附图4是本发明公开的第四个实施例，为3-PCR机构(见图4)，三个移动副垂直基面，转动副5和圆柱副3相互平行并平行基面，上平台2经三个PCR分支连与下平台1。
实施例5：附图5是本发明公开的第五个实施例，为3-CPR机构(见图5)，三个圆柱副3的轴线空间汇交成为机架(下平台1)，活动的上平台2成为三棱锥状，由圆柱副3移动副4和转动副5构成的三个分支将活动的上平台2连接到机架(下平台1)上。
实施例6：附图6是本发明公开的第六个实施例，为3-RPRR机构(见图6)，在他的每个运动链分支中有四个单自由度的运动副，包括了三个相互平行的转动副5和一个移动副4。但此移动副的轴线方向相对转动副轴线具有一定的倾斜角，它既不为零、也不能为90°。这里的三个移动副4也是首选的线性输入。
实施例7：附图7是本发明公开的第七个实施例，为3-TPT机构(见图7)，这是一种具有6个万向铰(记以T)的三维移动机构。由于一个万向铰含有了两个转动副，这样对每个分支有五个转动副。其中每分支连接动平台2和定平台1的两个转动副5的轴线相互平行且平行于定平台1；而移动副4上下的两个相互平行的转动副5都不平行于定平台1。机构的三个移动副是首选的线性输入。

Claims (8)

1、三自由移动并联机器人机构，它由运动的上平台(2)，作为机架的下平台(1)以及联接上下平台的3个相同的运动链分支组成，其特征在于：每个运动链分支中必含有一个移动副(4)，移动副(4)的轴线与转动副(5)的轴线相交，移动副(4)是首选的线性输入。
2、权利要求1所述的机器人机构，其特征在于：3个转动副(5)的轴线共面且切与同一圆周组成下平台(1)，3个圆柱副(3)的轴线共面且切与另一圆周组成上平台(2)，联接上下平台的每个运动链分支的转动副(5)和圆柱副(3)的轴线相互平行，而移动副(4)的轴线则与它们的轴线相垂直。
3、根据权利要求1所述的机器人机构，其特征在于：3个转动副(5)的轴线共面汇交组成下平台(1)，上平台(2)含有三个互成120度的3个支柱，联接上下平台的每个运动链分支和转动副(5)和圆柱副(3)的轴线相互平行，而移动副(4)的轴线则与它们的轴线相垂直。
4、根据权利要求1所述的机器人机构，其特征在于：3个移动副(4)的轴线垂直于下平台(1)，三个圆柱副(3)的轴线切于同一圆，运动的上平台(2)在框架之中，3个运动链分支将上平台(2)与框架相连，其中对应的转动副(5)和圆柱副(3)的轴线相互平行，移动副(4)的轴线则与它们的轴线相垂直。
5、根据权利要求1所述的机器人机构，其特征在于：3个移动副(4)垂直于下平台(1)，转动副(5)和圆柱副(3)的轴线相互平行并平行于下平台(1)，上平台(2)经3个运动链分支连与下平台(1)，其中对应的转动副(5)和圆柱副(3)的两条轴线相互平行，而移动副(4)的轴线则与它们的轴线相垂直。
6、根据权利要求1所述的机器人机构，其特征在于：3个圆柱副(3)的轴线空间汇交成为固定的下平台(1)，运动的上平台(2)成为三棱锥状，3个运动链分支将上平台连接到下平台上，其中对应的转动副(5)和圆柱副(3)的两条轴线相互平行，而移动副(4)的轴线则与它们的轴线相垂直。
7、根据权利要求1所述的机器人机构，其特征在于：每个运动链分支中有3个轴线相互平行的转动副(5)和一个移动副(4)，移动副的轴线方向相对转动副的轴线方向有α倾角，0°＜α＜90°。
8、据权利要求1所述的机器人机构，其特征在于：每个运动链分支中含有2个万向铰(6)和一个移动副(4)，每个运动链分支连接上平台(2)和下平台(1)的两个转动副(5)的轴线相互平行。
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