CN2574851Y - 空间三自由度并联平台式机器人机构 - Google Patents

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龚振邦
李旻
章亚男
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Abstract

本实用新型涉及一种空间三自由度并联平台式机器人机构，它包含有活动平台、固定平台、三条连杆和三条导杆，连杆与活动平台之间用转动副连接，连杆与导杆之间通过球面副相连，导杆与固定平台之间通过圆柱副相连。由外接的驱动副通过圆柱副改变导杆的长度可调整活动平台的位置和姿态。该机构工作时驱动部件不发生转动，具有结构简单，刚度、精度高，低转动惯量等特性，可用于机器人、并联机床和微动工作台。

Description

空间三自由度并联平台式机器人机构
技术领域：
本实用新型涉及一种机器人机构，特别是一种空间三自由度并联平台式机器人机构。
背景技术：
并联机器人机构可以定义为：两个平台通过2个或2个以上分支相连，机构具有2个或2个以上自由度，且以并联方式驱动的机构称为并联机器人机构。串联式机器人机构是各杆件通过运动副依次相连的开式链。
跟串联机器人机构相比，并联机器人机构的特点有：①刚度更大，结构更稳定；②在相同自重或体积下比串联机构承载能力大得多；③串联机器人末端件的误差是各个关节误差的积累和放大，误差大而精度低，而并联机器人没有那样的误差积累放大关系，因此精度较高；④串联机器人的驱动器及传动系统大都安装在运动的大、小臂上，系统惯性大，恶化了动力性能，而并联机器人容易将驱动器置于机座上，运动负荷小；⑤在位置求解上，串联机构正解容易，但反解十分困难，而并联机构正解困难，反解相对容易，由于机器人在线实时控制是要计算反解的，这对串联式十分不利，而并联式机器人却易实现。并联机器人机构可用于模拟训练装置、工程模拟器、对接动作、承载运动、并联机床、测量机、微动机构或微型机构等领域。
现有的三自由度并联机器人机构的常见结构是用三根杆长可变的导杆连接固定平台和活动平台，每根导杆都是通过球面副与活动平台相连，通过转动副与固定平台相连，改变导杆的长度(通过移动副)就能调整活动平台的位置和姿态。这种3-RPS机构的特点是导杆在长度改变的同时要绕转动副轴线转动，这样使得驱动部件要占用较大的运动空间。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于提供一种的空间三自由度并联平台式机器人机构。该机构驱动部件只作直线运动，不发生转动，具有结构简单，刚度、精度高，低转动惯量等特性，可用于机器人、并联机床和微动工作台。
为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种空间三自由度并联平台式机器人机构，包括活动平台、固定平台、三条连杆和三条导杆，其特征在于连杆与活动平台之间用转动副连接，连杆与导杆之间通过球面副相连，导杆与固定平台之间通过圆柱副相连。
上述的三个转动副分布在活动平台的一个等边三角形的顶点上，转动副的轴线在同一平面内，分别沿该等边三角形的外接圆在各个顶点的切线方向；三个圆柱副分布在固定平台的一个等边三角形的顶点上，圆柱副的轴线与固定平台的夹角相等。
这种空间三自由度并联平台式机器人机构具有一个移动自由度和两个自由度。外接的驱动副是组成圆柱副的移动副，则驱动副通过圆柱副可独立改变三根导杆的长度，实现对活动平台位置和姿态的调整。
本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的特点和优点：本实用新型为空间三自由度并联平台式机器人机构，机构驱动部件只作直线运动，不发生转动，具有结构简单，刚度、精度高，低转动惯量等优点，适用于机器人，并联机床和微动工作台。
附图说明：
图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。
图2是图1示例的结构原理示意图。
图3是图1示例应用于微型移动车的结构示意图。
具体实施方式：
本实用新型的一个优选实施例是：参见图1和图2，本空间三自由度并联平台式机器人机构包含有活动平台1、固定平台7、三条连杆3和三条导杆5，连杆3与活动平台1之间用转动副2连接，连杆3与导杆5之间通过球面副4相连，导杆5与固定平台7之间通过圆柱副6相连。三个转动副2分布在活动平台1的一个等边三角形的顶点上，转动副2的轴线在同一平面内，分别沿该等边三角形的外接圆在各个顶点的切线方向；三个圆柱副6分布在固定平台7的一个等边三角形的顶点上，圆柱副6的轴线与固定平台7的夹角均为直角。
参见图3，本实施例的空间三自由度并联平台式机器人机构用在一种面向核电站蒸汽发生器传热管管束与管板相交区域的狭窄间隙内进行自动化视频检测的管间机器人上，对管间机器人的微型移动车所携带的摄像头进行位置和姿态调整。
图3示出，微型移动车的前支座10和后支座11(相当图1中的固定平台7)固定在底座14上，前支座10和后支座11上各有三个导向孔，导向孔的中心分布在倒等边三角形的三个顶点上，相应的导向孔的位置和尺寸是一样的，导杆5穿过前支座10的导向孔，构成圆柱副(相当于图1中的6)。导杆5上装有螺旋弹簧13和形状记忆合金(SMA)弹簧12，这就构成了均匀分布的三个偏动式SMA双程驱动器(即前述的驱动副)，在螺旋弹簧13和形状记忆合金弹簧12的综合作用下，导杆能在导向孔的导向作用下做来回直线移动(即前述的移动副)。微型摄像头8固定在摄像头座9(相当于图1中的活动平台)内，连杆3的右端与导杆5通过球面副4相连，连杆3的另一端通过转动副(即图1中的2，本图3未表示出)和摄像头座9相连。这样前支座10、后支座11、底座14、摄像头座9和三套由导杆5、螺旋弹簧13、形状记忆合金弹簧12构成的偏动式SMA双程驱动器再加上三根连杆3与三个转动副、三个球面副就组成了一个3-CSR空间三自由度并联平台式机器人机构。通过控制三根独立驱动的形状记忆合金弹簧12可以改变导杆3伸出的长度，就能实现调整摄像头座9和摄像头8的位置和姿态的功能，从而扩大摄像头8的检查范围。

Claims (2)

1.一种空间三自由度并联平台式机器人机构，包括活动平台(1)、固定平台(7)、三条连杆(3)和三条导杆(5)，其特征在于连杆(3)与活动平台(1)之间用转动副(2)连接，连杆(3)与导杆(5)之间通过球面副(4)相连，导杆(5)与固定平台(7)之间通过圆柱副(6)相连。
2.根据权利要求1所述的空间三自由度并联平台式机器人机构，其特征在于三个转动副(2)分布在活动平台(1)的一个等边三角形的顶点上，转动副(2)的轴线在同一平面内，分别沿该等边三角形的外接圆在各个顶点的切线方向；三个圆柱副(6)分布在固定平台(7)的一个等边三角形的顶点上，圆柱副(6)的轴线与固定平台(7)的夹角相等。
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