專利名稱：具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu) 技術(shù)領(lǐng)域本項(xiàng)發(fā)明屬于機(jī)器人和機(jī)械制造領(lǐng)域，特別涉及一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的 球面二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
技術(shù)背景并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)屬于空間多自由度多環(huán)閉鏈機(jī)構(gòu)，和串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比， 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)具有剛度大、承載能力大、累積誤差小、動(dòng)態(tài)特性好、結(jié) 構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。目前，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于虛擬軸機(jī)床、微動(dòng)操作臺(tái)、各種運(yùn)動(dòng)模擬器和傳感器等領(lǐng)域。由于冗余驅(qū)動(dòng)可以改善如減少工作空間內(nèi)的奇異等并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的 一些性能，應(yīng)用較為廣泛。但目前應(yīng)用的冗余驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)大多數(shù)是在 不改變機(jī)器人機(jī)構(gòu)本體結(jié)構(gòu)的前提下，通過(guò)在從動(dòng)運(yùn)動(dòng)副上增加驅(qū)動(dòng)而獲 得的冗余驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。這種冗余驅(qū)動(dòng)雖然達(dá)到了克服工作空間內(nèi)奇異的目的， 但同時(shí)增加了運(yùn)動(dòng)部件的慣性，而且各個(gè)分支驅(qū)動(dòng)分布不對(duì)稱。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的 球面二自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)不僅可以克服工作空間內(nèi)的奇異， 改善機(jī)構(gòu)的靈巧性和力傳遞的一致性，而且具有結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)分布對(duì)稱、剛 度和承載力高、容易制造和裝配等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面二 自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由純轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)是復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng) 副通過(guò)三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支與定平臺(tái)連接，所述定平臺(tái)上三個(gè)基座轉(zhuǎn)動(dòng)副 呈正三角形布置。機(jī)構(gòu)中所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線匯交于一點(diǎn)即球面機(jī)構(gòu)的球心， 當(dāng)選取三個(gè)基座轉(zhuǎn)動(dòng)副作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)輸入，復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副作為機(jī)構(gòu)的輸出 時(shí)，復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副具有沿球面移動(dòng)的二個(gè)自由度，由于機(jī)構(gòu)的輸入有三個(gè)， 因此稱為具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。該球面機(jī)器 人機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心是機(jī)構(gòu)所有轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線的匯交點(diǎn)即球面機(jī)構(gòu)的球心。根據(jù)空間機(jī)構(gòu)學(xué)原理，這種具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以理解為球面三自由度3-RRR對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的變異機(jī) 構(gòu)，只要把球面三自由度3-RRR對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的三角形動(dòng)平臺(tái)簡(jiǎn)化 為一個(gè)點(diǎn)，從而使其失去一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，就變異為具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面 二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是該發(fā)明結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)分布對(duì)稱，各向同性好，剛 度和承載力高，機(jī)構(gòu)輸入驅(qū)動(dòng)易于布置。


圖1是具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的一個(gè)分支 結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1、圖2中，l.復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副，2.第一連桿，3.第二連桿，4.第三連桿， 5.第一轉(zhuǎn)動(dòng)副，6.第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，7.第三轉(zhuǎn)動(dòng)副，8.第四連桿，9.第五連桿，10. 第六連桿，11.第一基座轉(zhuǎn)動(dòng)副，12.第二基座轉(zhuǎn)動(dòng)副，13.第三基座轉(zhuǎn)動(dòng)副， 14.正三角形定平臺(tái)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例在具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副1 作為機(jī)構(gòu)的輸出，正三角形定平臺(tái)14與復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副1通過(guò)三個(gè)結(jié)構(gòu)完全相 同的分支相連接。其中，第一連桿2、第二連桿3和第三連桿4的結(jié)構(gòu)相同； 第四連桿8、第五連桿9和第六連桿10的結(jié)構(gòu)相同；第一轉(zhuǎn)動(dòng)副5、第二 轉(zhuǎn)動(dòng)副6和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副7的結(jié)構(gòu)相同；第一基座轉(zhuǎn)動(dòng)副11、第二基座轉(zhuǎn)動(dòng) 副12和第三基座轉(zhuǎn)動(dòng)副13的結(jié)構(gòu)相同。在所述機(jī)構(gòu)的一個(gè)分支中(見圖2)， 復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副1連接第一連桿2、第二連桿3和第三連桿4，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副5連 接第一連桿2和第四連桿8，第一基座轉(zhuǎn)動(dòng)副11連接第四連桿8和正三角 形定平臺(tái)14;第二轉(zhuǎn)動(dòng)副6連接第二連桿3和第五連桿9，第二基座轉(zhuǎn)動(dòng) 副12連接第五連桿9和正三角形定平臺(tái)14。第三轉(zhuǎn)動(dòng)副7連接第三連桿4 和第六連桿IO，第三基座轉(zhuǎn)動(dòng)副13連接第六連桿10和正三角形定平臺(tái)14。 所述機(jī)構(gòu)中的復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副1、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副5、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副6、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副7第一基座轉(zhuǎn)動(dòng)副11、第二基座轉(zhuǎn)動(dòng)副12和第三基座轉(zhuǎn)動(dòng)副13的軸線都匯 交于一點(diǎn)。冗余驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是通過(guò)增加一個(gè)相同的串聯(lián)分支形式，從而增加一個(gè)驅(qū) 動(dòng)來(lái)獲得的冗余驅(qū)動(dòng)。該發(fā)明工作時(shí)，三個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入同時(shí)存在，而輸出僅 有兩個(gè)自由度，屬于超確定輸入，僅能利用力矩輸入控制。
權(quán)利要求
1、一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支與定平臺(tái)連接，所述復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副由共同鉸接于同一軸線的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，每個(gè)分支的兩個(gè)連桿分別通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副和定平臺(tái)連接，兩個(gè)連桿之間也用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，三個(gè)分支的所有運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副，所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線匯交于轉(zhuǎn)動(dòng)球心；所述機(jī)構(gòu)的輸出是復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副，復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副具有沿著球面移動(dòng)的二個(gè)自由度，機(jī)構(gòu)的輸入是三個(gè)對(duì)稱的基座轉(zhuǎn)動(dòng)副。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器 人機(jī)構(gòu)，其特征是三個(gè)基座轉(zhuǎn)動(dòng)副在定平臺(tái)上呈正三角形布置。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的球面二自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支與定平臺(tái)連接，所述復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副由共同鉸接于同一軸線的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，每個(gè)分支的兩個(gè)連桿分別通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副和定平臺(tái)連接，兩個(gè)連桿之間也用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，三個(gè)分支的所有運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副，所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線匯交于轉(zhuǎn)動(dòng)球心；當(dāng)選取三個(gè)基座轉(zhuǎn)動(dòng)副作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)輸入，復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副作為機(jī)構(gòu)的輸出時(shí)，復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副具有沿球面移動(dòng)的二個(gè)自由度。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)分布對(duì)稱、無(wú)奇異位形、剛度和承載力高、容易制造和裝配等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J9/16GK101214647SQ20071018570
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者張立杰 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)