CN1827313A - 一种仅含转动副的三平移自由度并联机构 - Google Patents

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Abstract

一种仅含转动副的三平移自由度并联机构，包括基座和动平台，基座与动平台平行，基座上安装有与基座垂直四根立柱，四根立柱相互平行，四根立柱上分别安装有旋转伺服电机，每个旋转伺服电机的输出轴分别连接一根丝杆，动平台与丝杆通过四条支链连接，四条支链关于动平台的中心线呈中心对称，四条支链只含转动副。本发明的有益效果在于：1.动平台姿态稳定，且始终与基座平行，一定程度消除并联机构空间奇异性。2.仅含转动副，克服了球铰链的间隙难确定，不易补偿的缺点。3.各支链运动之间呈弱耦合，控制过程的解耦容易实现，降低并联机构的控制难度。

Description

一种仅含转动副的三平移自由度并联机构
(一)技术领域
本发明属于机器人和机械制造领域，具体涉及一种三平移自由度并联机构。
(二)背景技术
近年来，空间并联机器人已经引起了国内外学者的广泛兴趣。与串联机器人相比，并联机器人具有刚度大、负荷自重比高、惯性小，位置误差不累积等特点，在飞行器、汽车驾驶等运动模拟，高精度数控加工、微传感器等技术领域获得广泛应用。最早的空间六自由度并联机器人是基于Stewart于1965年提出的6-SPS机构。为了丰富和发展并联机器人的结构形式，许多研究机构的学者作了大量有益的工作。机器人的发展提出要使用便宜、简单的各种少自由度并联机器人。近年来，一些少自由度并联机构成为新的研究热点。由于这种机器人具有结构简单、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。尤其是具有三平移自由度的并联机构，它属于空间机构，能实现笛卡儿三维空间运动，满足空间操作机器人和机械加工、装配等任务需求。
现有的三平移自由度并联机构多数采用三组支链按120°布局的三角对称结构(如CN2476392Y、CN1110399C、CN1112282C等)，部分三平移自由度并联机构采用非对称结构(如CN1189289C)。非对称的并联机构不能保证整个工作空间内机构的稳定性和刚度，所以国内外许多研究者认为采用并联机构的机械手或机床应具有对称结构。这些机构的支链通常使用球型铰，存在制造成本高、铰链间隙引起机构运动误差、球铰间隙难以补偿的缺点。
(三)发明内容
为了克服现有技术中三平移自由度并联机构由于采用球铰而存在的制造成本高、铰链间隙引起机构运动误差、球铰间隙难以补偿的不足，本发明提供一种制造成本较低、运动精度高的仅含转动副的三平移自由度并联机构。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种仅含转动副的三平移自由度并联机构，包括基座和动平台，所述的基座与所述的动平台平行，其特征在于：所述的基座上安装有与所述的基座垂直四根立柱，所述的四根立柱相互平行，所述的四根立柱上分别安装有旋转伺服电机，每个旋转伺服电机的输出轴分别连接一根丝杆，所述的丝杆与所述的基座垂直，所述的动平台与所述的丝杆通过四条支链连接，所述的四条支链关于所述动平台的中心线呈中心对称；每条所述的支链包括定长杆组、第一铰座、第二铰座、固接在所述丝杆上的安装板，所述第一铰座的末端通过铰轴与所述的动平台铰接构成第一转动副，所述第一铰座的首端通过铰轴与所述定长杆组的末端铰接构成第二转动副，所述第一转动副的轴线与所述第二转动副的轴线垂直；所述第二铰座的末端通过铰轴与所述定长杆组的首端铰接构成第三转动副，所述第二铰座的首端通过铰轴与所述的安装板铰接构成第四转动副，所述第三转动副的轴线与所述的第四转动副的轴线垂直。
进一步，所述的立柱上开设有导槽，所述的丝杆设于所述的导槽内。
进一步，每组所述的定长杆组由两根定长杆组成。
进一步，所述四个立柱的上端通过横梁连接。
本发明在工作时在动平台上安装终端执行器，通过旋转伺服电机驱动丝杆上升或下降，从而带动每条支链上的安装板上下运动带动动平台实现三平移自由度运动，将末端执行器安装在动平台上，可实现末端执行器的各种作业动作。
本发明的有益效果在于：1.动平台姿态稳定，且始终与基座平行，一定程度消除并联机构空间奇异性，仅含转动副，制造成本低。2.仅含转动副，与传统含球铰链三平移自由度并联机构相比较，克服了球铰链的间隙难确定，不易补偿的缺点。3.仅含转动副的平移自由度机构为冗余驱动并联机构，各支链运动之间呈弱耦合，控制过程的解耦容易实现，降低并联机构的控制难度。
(四)附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本是发明的俯视图。
(五)具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参照图1、图2，一种仅含转动副的三平移自由度并联机构，包括基座1和动平台2，所述的基座1与所述的动平台2平行，所述的基座1上安装有与所述的基座垂直四根立柱3，所述的四根立柱3相互平行，四个立柱3的上端通过横梁4连接以增加稳固性。所述的四根立柱3上分别安装有旋转伺服电机5，每个旋转伺服电机5的输出轴分别连接一根丝杆6，所述的丝杆6与所述的基座1垂直，所述的立柱3上开设有导槽7，所述的丝杆6设于所述的导槽7内。所述的动平台2与所述的丝杆6通过四条支链连接，所述的四条支链关于所述动平台2的中心线呈中心对称，每条所述的支链包括定长杆组、第一铰座8、第二铰座9、固接在所述丝杆上的安装板10，每组所述的定长杆组由两根定长杆11组成。所述第一铰座8的末端通过铰轴与所述的动平台2铰接构成第一转动副，所述第一铰座8的首端通过铰轴与所述定长杆组的末端铰接构成第二转动副，所述第一转动副的轴线与第二转动副的轴线垂直；所述第二铰座9的末端通过铰轴与所述定长杆组的首端铰接构成第三转动副，所述第二铰座9的首端通过铰轴与所述的安装板10铰接构成第四转动副，所述的第三转动副的轴线与所述第四转动副的轴线垂直。
本发明在工作时在动平台上安装终端执行器，通过旋转伺服电机5驱动丝杆6上升或下降，从而带动每条支链上的安装板10上下运动带动动平台实现三平移自由度运动，将末端执行器安装在动平台上，可实现末端执行器的各种作业动作。

Claims (4)

1.一种仅含转动副的三平移自由度并联机构，包括基座和动平台，所述的基座与所述的动平台平行，其特征在于：所述的基座上安装有与所述的基座垂直四根立柱，所述的四根立柱相互平行，所述的四根立柱上分别安装有旋转伺服电机，每个旋转伺服电机的输出轴分别连接一根丝杆，所述的丝杆与所述的基座垂直，所述的动平台与所述的丝杆通过四条支链连接，所述的四条支链关于所述动平台的中心线呈中心对称；
每条所述的支链包括定长杆组、第一铰座、第二铰座、固接在所述丝杆上的安装板，所述第一铰座的末端通过铰轴与所述的动平台铰接构成第一转动副，所述第一铰座的首端通过铰轴与所述定长杆组的末端铰接构成第二转动副，所述第一转动副的轴线与所述第二转动副的轴线垂直；所述第二铰座的末端通过铰轴与所述定长杆组的首端铰接构成第三转动副，所述第二铰座的首端通过铰轴与所述的安装板铰接构成第四转动副，所述第三转动副的轴线与所述第四转动副的轴线垂直。
2.如权利要求1所述的仅含转动副的三平移自由度并联机构，其特征在于：所述的立柱上开设有导槽，所述的丝杆设于所述的导槽内。
3.如权利要求2所述的仅含转动副的三平移自由度并联机构，其特征在于：每组所述的定长杆组由两根定长杆组成。
4.如权利要求3所述的仅含转动副的三平移自由度并联机构，其特征在于：所述四个立柱的上端通过横梁连接。
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