CN1381338A - 具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构 - Google Patents

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本发明属于机器人和机械制造领域,特别涉及一种具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构。其特征是:动平台(1)通过3个、4个或5个结构完全相同的分支与定平台(11)相连接,所有分支中从动平台(1)开始计数的前2个运动副(2)和(4)为转动副,它们的轴线在空间相交于同一点,定平台(11)和动平台(1)可以是三角形、四边形或五边形;其中4自由度并联机器人机构可以实现在3维空间的3个转动和沿机构动平台(1)法线方向的1个移动5自由度并联机器人机构可以实现在3维空间的3个转动和2个移动。它们可以被应用作为机器人、微动作器或并联机床。

Description

具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构
本项发明属于机器人和机械制造领域，特别涉及一种具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构。
并联机器人机构属于空间多自由度多环闭链机构，和串联机构相比，并联机器人机构具有刚度大、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点。目前，并联机器人机构被广泛应用于除并联机器人外的虚拟轴机床、微动操作台、各种运动模拟器、传感器等方面。
目前3、6自由度的并联机器人机构应用较为广泛，而4、5自由度并联机床结构较少，已有的少数4、5自由度并联机器人机构大都不具有完全对称性。
本发明的目的在于提供一种新型的各向同性好的对称的4、5自由度并联机器人机构，而且具有刚度高、结构简单、加工装配性好等优点。
这种具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构，包括动平台1、定平台11和连接动平台1和定平台11的结构完全相同的分支所组成，其特征在于：动平台1通过3个、4个或5个结构完全相同的分支与定平台11相连接，所有分支中从动平台1开始计数的前2个运动副2和4为转动副，它们的轴线在空间相交于同一点，定平台11和动平台1可以是三角形、四边形或五边形；
在第一种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构中，定平台11和动平台1都是三角形，通过3个结构完全相同的分支相连接，3个分支的转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副6、8和10的轴线平行于定平台11，转动副2连接连杆3和动平台1；
在第二种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构中，把第一种4自由度并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为移动副12，该移动副12的轴线垂直于转动副6和转动副10的轴线；
在第三种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构中，定平台11和动平台1都是四边形，通过4个结构完全相同的分支相连接，所有4个分支的转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副6、8和10的轴线平行于定平台11，转动副2连接连杆3和动平台1；
在第四种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构中，把第三种4自由度并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为移动副12，该移动副12的轴线垂直于转动副6和转动副10的轴线；
在第一种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构中，定平台11和动平台1都是三角形，通过3个结构完全相同的分支相连接，所有分支的转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副2连接连杆3和动平台1，转动副6、8和10的轴线垂直于定平台11；
在第二种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构中，把第一种5自由度并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为移动副12，该移动副12的轴线垂直于转动副6和转动副10的轴线，平行于定平台11；
在第三种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构中，定平台11和动平台1都是五边形，通过5个结构完全相同的分支相连接，所有分支的转动副10连接定平台11和连杆9，转动副8连接连杆9和连杆7，转动副4连接连杆5和连杆3，转动副2连接连杆3和动平台1，转动副6、8和10的轴线垂直于定平台11；
在第四种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构中，把第三种5自由度并联机器人机构所有分支中的转动副8替换为移动副12，该移动副12的轴线垂直于转动副6和转动副10的轴线，平行于定平台11；
附图及实施例
图1为第一种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构示意图
图2为第二种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构示意图
图3为第三种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构示意图
图4为第四种具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构示意图
图5为第一种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构示意图
图6为第二种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构示意图
图7为第三种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构示意图
图8为第四种具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构示意图
附图1为本发明的第1个具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构实施例(见图1)。动平台1和定平台11都是三角形，动平台1通过3个结构完全相同的分支与定平台11相连接，每个分支中从动平台1开始计数的前2个运动副为转动副2和4，3个分支共有6个这样的转动副，它们的轴线在空间相交于同一点；所有分支的转动副10连接定平台11和连杆9；转动副8连接连杆9和连杆7；转动副4连接连杆5和连杆3，转动副6、8和10的轴线平行于定平台11；转动副2连接连杆3和动平台1。
附图2为本发明的第二个具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构实施例(见图2)。把本发明的第1个4自由度对称并联机器人机构实施例中的所有分支中的转动副8替换为移动副12，该移动副12的轴线垂直于转动副6和转动副10的轴线。
附图3为本发明的第3个具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构实施例(见图3)。动平台1和定平台11都是四边形，动平台1通过4个结构完全相同的分支与定平台11相连接，每个分支中从动平台1开始计数的前2个运动副为转动副2和4，4个分支共有8个这样的转动副，它们的轴线在空间相交于同一点；所有分支的转动副10连接定平台11和连杆9；转动副8连接连杆9和连杆7；转动副4连接连杆5和连杆3，转动副6、8和10的轴线平行于定平台11；转动副2连接连杆3和动平台1。
附图4为本发明的第4个具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构实施例(见图4)。把本发明的第3个4自由度对称并联机器人机构实施例中的所有分支中的转动副8替换为移动副12，该移动副12的轴线垂直于转动副6和转动副10的轴线。
附图5为本发明的第1个具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构实施例(见图5)。动平台1和定平台11都是三角形，动平台1通过3个结构完全相同的分支与定平台11相连接，每个分支中从动平台1开始计数的前2个运动副为转动副2和4，3个分支共有6个这样的转动副，它们的轴线在空间相交于同一点；所有分支的转动副10连接定平台11和连杆9；转动副8连接连杆9和连杆7；转动副4连接连杆5和连杆3；转动副2连接连杆3和动平台1；转动副6、8和10的轴线垂直于定平台11。
附图6为本发明的第2个具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构实施例(见图6)。把本发明的第1个具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构的实施例中的所有分支中的转动副8替换为移动副12，该移动副12的轴线垂直于转动副6和转动副10的轴线，平行于定平台。
附图7为本发明的第3个具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构实施例(见图7)。动平台1和定平台11都是五边形，动平台1通过5个结构完全相同的分支与定平台11相连接，每个分支中从动平台1开始计数的前2个运动副为转动副2和4，5个分支共有10个这样的转动副，它们的轴线在空间相交于同一点；所有分支的转动副10连接定平台11和连杆9；转动副8连接连杆9和连杆7；转动副4连接连杆5和连杆3；转动副2连接连杆3和动平台1；转动副6、8和10的轴线垂直于定平台11。
附图8为本发明的第4个具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构实施例(见图8)。把本发明的第3个具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构的实施例中的所有分支中的转动副8替换为移动副12，该移动副12的轴线垂直于转动副6和转动副10的轴线，平行于定平台。
本发明的具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构，具有很好的运动学性能、高的刚度和较大的工作空间；其运动学正反解十分简单，易于控制；其中的4自由度对称并联机器人机构可以实现空间的3个转动和沿动平台1法线方向的1个移动；5自由度对称并联机器人机构可以实现空间的3个转动和2个移动，可广泛用于并联机器人、微动工作台、虚拟轴机床和飞行模拟器等。

Claims (9)

1、一种具有汇交副的4、5自由度对称并联机器人机构，包括动平台(1)、定平台(11)和连接动平台(1)和定平台(11)的结构完全相同的分支所组成，其特征在于：动平台(1)通过3个、4个或5个结构完全相同的分支与定平台(11)相连接，所有分支中从动平台(1)开始计数的前2个运动副(2)和(4)为转动副，它们的轴线在空间相交于同一点，动平台(1)和定平台(11)可以是三角形、四边形或五边形。
2、根据权利要求1所述的具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构，其特征在于：定平台(11)和动平台(1)都是三角形，通过3个结构完全相同的分支相连接，所有分支从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(8)和(10)为转动副，其轴线平行于定平台(11)。
3、根据权利要求1所述的具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构，其特征在于：定平台(11)和动平台(1)都是三角形，通过3个结构完全相同的分支相连接，所有分支从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(12)和(10)分别为转动副，移动副和转动副。2个转动副(6)和(10)轴线相互平行，移动副(10)的轴线垂直于转动副(6)和(10)的轴线。
4、根据权利要求1所述的具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构，其特征在于：定平台(11)和动平台(1)都是四边形，通过4个结构完全相同的分支相连接，所有分支从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(8)和(10)为转动副，其轴线平行于定平台(11)。
5、根据权利要求1所述的具有汇交副的4自由度对称并联机器人机构，其特征在于：定平台(11)和动平台(1)都是四边形，通过4个结构完全相同的分支相连接，所有分支从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(12)和(10)分别为转动副，移动副和转动副。2个转动副(6)和(10)轴线相互平行，移动副(10)的轴线垂直于转动副(6)和(10)的轴线。
6、根据权利要求1所述的具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构，其特征在于：定平台(11)和动平台(1)都是三角形，通过3个结构完全相同的分支相连接，所有分支从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(8)和(10)为转动副，其轴线垂直于定平台(11)。
7、根据权利要求1所述的具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构，其特征在于：定平台(11)和动平台(1)都是三角形，通过3个结构完全相同的分支相连接，所有分支从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(12)和(10)分别为转动副，移动副和转动副，2个转动副(6)和(10)轴线都垂直于定平台(11)，移动副(10)的轴线垂直于转动副(6)和(10)的轴线，平行于定平台(11)。
8、根据权利要求1所述的具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构，其特征在于：定平台(11)和动平台(1)都是五边形，通过5个结构完全相同的分支相连接，所有分支从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(8)和(10)为转动副，其轴线垂直于定平台(11)。
9、根据权利要求1所述的具有汇交副的5自由度对称并联机器人机构，其特征在于：定平台(11)和动平台(1)都是五边形，通过5个结构完全相同的分支相连接，所有分支从定平台(11)开始计数的前3个运动副(6)、(12)和(10)分别为转动副，移动副和转动副，2个转动副(6)和(10)轴线都垂直于定平台(11)，移动副(10)的轴线垂直于转动副(6)和(10)的轴线，平行于定平台(11)。
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