CN1418764A - 一种具有三转动和一移动的四自由度并联机器人机构 - Google Patents

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方跃法
房海蓉
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Abstract

本发明提供了一种具有三转动和一移动的四自由度并联机器人机构。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四条运动支链(I、II、III及IV)组成。四条运动支链的结构相同，每条运动支链的运动副排列，从固定平台到动平台的顺序：转动副－转动副－万向节－转动副，每条运动支链中与固定平台相邻的三转动轴线平行，与动平台相邻的二转动轴线相交于一点。当机构运动时，动平台具有三个转动和一个移动自由度，其中转动中心为O，移动的方向垂直于固定平台。本发明具有支链结构相同，便于设计制造，精度和刚度高等优点，可应用于并联机器人、并联机床、微动机器人等场合。

Description

一种具有三转动和一移动的四自由度并联机器人机构
(一)技术领域
本发明属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合等缺点。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，而现有的四自由度的并联机器人都是由不同结构的运动支链所组成的，如刘辛军等(中国专利申请号：00105935.1)提出的四自由度机器人机构由RPS(R-转动副、P-移动副、S-球面副)和UPS(U-万向节)两种结构的运动支链组成。不相同结构的运动支链会导致运动平台的工作空间不对称，从而会增加操作规划的难度，另外，不同结构的运动支链会使设计、制造和装配成本提高，因此至今为止的并联机器人设计中，都是首选具有相同支链结构的并联机构。具有相同结构运动支链的四自由度并联机器人机构至今止只有一种由Zlatanov等(Zlatanov，D.，andGosselin，C.M.，2001，A Family of New Parallel Architectures With Four Degrees of Freedom，”inComputational Kinematics，Editors，F.C.Park and C.C.Iurascu，pp.57-66.)2001年提出的每条运动支链含有5个转动副的并联机构，该并联机构具有三个转动和一个移动自由度，这种并联机构若选取与固定平台连接的转动副作为驱动，则会使机构存在有惰副，并且当驱动副锁定后机构仍有局部自由度致使机构的运动不确定，因此该机构实际上是不实用的。
(三)发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有三转动和一移动的四自由度并联机器人机构。该机构适用于并联机器人、并联机床和微动机器人等场合。
该机构由固定平台和动平台及连接动平台和固定平台的四条运动支链组成。其特征在于：四条运动支链的结构相同，每条运动支链的运动副排列，从固定平台到动平台的顺序：转动副-转动副-万向节-转动副，当机构运动时，动平台具有四个自由度，其中三个自由度为转动，一个自由度为垂直于固定平台的移动。
本发明所具有的有益效果是：该机构具有结构简单、设计制造成本低、工作空间对称、不存在惰副以及运动确定等优点。
(四)附图说明
图1具有三转动和一移动的四自由度并联机器人机构示意图
图中：
固定平台1、动平台2及四条运动支链I、II、III及IV；
运动支链I中，转动副3的轴线7、转动副4的轴线8、万向节5的轴线9和10、转动副6的轴线11；
运动支链II中，转动副12的轴线16、转动副13的轴线17、万向节14的轴线18和19、转动副15的轴线20；
运动支链III中，转动副21的轴线25、转动副22的轴线26、万向节23的轴线27和28、转动副24的轴线29；
运动支链IV中，转动副30的轴线34、转动副31的轴线35、万向节32的轴线36和37、转动副33的轴线38。
(五)具体实施例
本发明的并联机器人机构由固定平台1和动平台2及连接动平台2和固定平台1的四条运动支链I、II、III及IV组成。四条运动支链的结构相同，每条运动支链的运动副排列，从固定平台到动平台的顺序：转动副-转动副-万向节-转动副。当机构运动时，动平台具有四个自由度，其中三个自由度为绕O点的转动，一个自由度为垂直于固定平台的移动。
每条运动支链中与固定平台相邻的三转动轴线互相平行，即：在运动支链I中，轴线7、8和9互相平行；在运动支链II中，轴线16、17和18互相平行；在运动支链III中，轴线25、26和27互相平行；在运动支链IV中，轴线34、35和36互相平行；与动平台相邻的二转动轴线相交于一点。
运动支链I中的轴线10和11相交于一点，运动支链II中的轴线19和20相交于一点，运动支链III中的轴线28和29朾交于一点，运动支链IV中的轴线37和38相交于一点，四交点会合于O。
运动支链I中的转动副3的轴线7与运动支链III中转动副21的轴线25平行；运动支链II中的转动副12的轴线16与运动支链IV中转动副30的轴线34平行。

Claims (4)

1.一种具有三转动和一移动的四自由度并联机器人机构，这种机构由固定平台(1)和动平台(2)及连接动平台和固定平台的四条运动支链(I、II、III、IV)组成，其特征在于：四条运动支链的结构相同，每条运动支链的运动副排列，从固定平台到动平台的顺序：转动副-转动副-万向节-转动副，当机构运动时，动平台具有四个自由度，其中三个自由度为转动，一个自由度为垂直于固定平台的移动。
2.根据权利要求1所述的具有三转动和一移动的四自由度并联机器人机构，其特征在于：每条运动支链(I、II、III、IV)中与固定平台(1)相邻的三转动轴线平行，与动平台(2)相邻的二转动轴线相交于一点。
3.根据权利要求1、2所述的具有三转动和一移动的四自由度并联机器人机构，其特征在于：运动支链(I)中的转动副(3)的轴线(7)与运动支链(III)中转动副(21)的轴线(25)平行，运动支链(II)中的转动副(12)的轴线(16)与运动支链(IV)中转动副(30)的轴线(34)平行。
4.根据权利要求1、2所述的具有三转动和一移动的四自由度并联机器人机构，其特征在于：运动支链(I)中的轴线(10)和(11)、运动支链II中的轴线(19)和(20)、运动支链(III)中的轴线(28)和(29)以及运动支链(IV)中的轴线(37)和(38)均相交于一点O。
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication