CN1769005A - 大工作空间三维移动并联机器人机构 - Google Patents

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CN1769005A CN 200510016337 CN200510016337A CN1769005A CN 1769005 A CN1769005 A CN 1769005A CN 200510016337 CN200510016337 CN 200510016337 CN 200510016337 A CN200510016337 A CN 200510016337A CN 1769005 A CN1769005 A CN 1769005A
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赵新华
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Abstract

本发明公开了一种大工作空间三维移动并联机器人机构。该机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条结构相同的支链组成；所说的每一个支链自下而上分别由三个转动副、一个虎克铰和它们之间的连杆组成。本发明的机构其工作平台可实现三维平移运动输出；机构简单、可以高速运动；机构不存在虚约束，且运动副均为低副，制造、安装容易，传动精度高，成本低；而且工作空间大，且传动特性好；同时运动学正、反解均为解析解，简化了轨迹规划、控制、校正等技术问题。

Description

大工作空间三维移动并联机器人机构
【技术领域】
本发明涉及先进制造领域，特别涉及一种大工作空间三维移动并联机器人机构。
【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大型模拟设备、机器人、数控机床、传感器、微操作器、雕刻机和测量机等技术领域。Stewart平台是一种典型的并联机器人机构，该机构具有6个自由度，首次用于并联机器人和数控机床被认为是二十世纪以来机床结构的一次革命，在这以后发明了多种6自由度并联机构。
由于结构的限制，6自由度并联机构有许多技术问题没能很好解决，如运动耦合性强、运动学正解复杂、工作空间小、传动特性差等。三维移动并联机器人机构在工业生产中具有广阔的应用前景，不少学者研究了多种该类型的机构，如Delta机构、Star Like机构等。中国学者在三维移动并联机器人机构的研究方面也取得了大量的研究成果(如专利申请号：01108297.6；01113519.0；03113354.1；200410018623.8；200510037951.7等)。
目前国内外学者研究了多种三维移动并联机器人机构，其性能及应用场合各有不同，并联机器人、数控机床等的发展和实用化需要创造出优于现有机型的新机型。
【发明内容】
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种结构简单、控制容易、运动精度高、成本较低、工作空间大的三维移动并联机器人机构。
本发明为解决上述问题所采用的方案是设计一种大工作空间三维移动并联机器人机构。该机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条结构相同的支链组成；所说的每一个支链自下而上分别由三个转动副、一个虎克铰和它们之间的连杆组成；其中：
所说的第一转动副与固定平台相连接，该第一转动副为驱动副；且该第一转动副的轴线与固定平台平面和所说相邻的第二转动副的轴线平行，所说第三转动副的轴线则与第一、第二转动副的轴线垂直；
所说的虎克铰与运动平台相连接，该虎克铰上的两个轴的轴线各与第一转动副的轴线和第三转动副的轴线平行；
所说的同一平台上的任意两条轴线不能相互平行。
本发明的有益效果是：
1、机构工作平台可实现三维平移运动输出。
2、机构简单、可以高速运动。
3、机构不存在虚约束，且运动副均为低副，制造、安装容易，传动精度高，成本低。
4、工作空间大，且传动特性好。
5、运动学正、反解均为解析解，简化了轨迹规划、控制、校正等技术问题。
【附图说明】
图1大工作空间三维移动并联机器人机构示意图。
以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
【具体实施方式】
本发明的大工作空间三维移动并联机器人机构，由运动平台5、固定平台1和联接上述两平台的三条结构相同的支链组成。每一个支链由三个转动副和一个虎克铰组成。与固定平台相连的第一转动副2为驱动副，与驱动副相邻的第二转动副3轴线与驱动副轴线平行，第三转动副4轴线与前二个转动副轴线垂直。与运动平台相连的虎克铰6的一个轴的轴线与驱动副轴线平行，虎克铰的另外一个轴的轴线与第三转动副轴线平行。运动平台和固定平台上的轴线均在该平台同一平面上，同一平台上的任意两条轴线不能相互平行。
如图所示，与固定平台相连的转动副为驱动副，驱动采用电机驱动。当各驱动副在控制下旋转不同角度时，其余各转动副、虎克铰则在连杆和运动平台的拉动下，做相应的运动，从而实现运动平台在工作空间内做三维平移运动。
每一个支链中的连接杆可以是不影响各杆运动的杆、板或异型的形状。
运动操作器或执行器安装在运动平台上，实现三维移动操作。

Claims (2)

1、一种大工作空间三维移动并联机器人机构，其特征在于该机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条结构相同的支链组成；所说的每一个支链自下而上分别由三个转动副、一个虎克铰和它们之间的连杆组成；其中：
所说的第一转动副与固定平台相连接，该第一转动副为驱动副；且该第一转动副的轴线与固定平台平面和所说相邻的第二转动副的轴线平行，所说第三转动副的轴线则与第一、第二转动副的轴线垂直；
所说的虎克铰与运动平台相连接，该虎克铰上的两个轴的轴线各与第一转动副的轴线和第三转动副的轴线平行；
所说的同一平台上的任意两条轴线不能相互平行。
2、按照权利要求1所述的机器人机构，其特征在于所说的每一个支链中的连接杆是不影响各杆运动的杆、板或异型的形状。
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