專(zhuān)利名稱(chēng)：不含冗余約束的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)，特別是涉及一種不含冗余約束的三自由度移動(dòng)并 聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
機(jī)構(gòu)自由度數(shù)少于6的少自由度并聯(lián)機(jī)器人是目前國(guó)際并聯(lián)機(jī)器人學(xué)術(shù)界 和工業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中有相當(dāng)數(shù)量的操作任務(wù)所要求的自由度數(shù) 少于6，此時(shí)應(yīng)用合適的少自由度并聯(lián)機(jī)器人，可以有效節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、 控制和維護(hù)方面的成本。
三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)是少自由度并聯(lián)機(jī)器人中非常重要的一類(lèi)，其動(dòng)平 臺(tái)可以完成空間的3個(gè)移動(dòng)自由度，在定位、抓放等操作任務(wù)中應(yīng)用廣泛。目 前應(yīng)用最廣泛、最成功的移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)當(dāng)屬Clavel發(fā)明的Delta機(jī)器人 (US4976582)。
從約束的角度看，三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)可分為兩類(lèi)過(guò)約束移動(dòng)并聯(lián)機(jī) 構(gòu)和非過(guò)約束移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。前者單個(gè)分支運(yùn)動(dòng)鏈對(duì)動(dòng)平臺(tái)施加兩個(gè)及兩個(gè)以 上的約束，并聯(lián)機(jī)構(gòu)中單個(gè)分支運(yùn)動(dòng)鏈的自由度數(shù)為4或3，即含有4個(gè)或3個(gè) 單自由度的運(yùn)動(dòng)副；后者單個(gè)分支運(yùn)動(dòng)鏈對(duì)動(dòng)平臺(tái)只施加一個(gè)約束。含有5個(gè) 單自由度運(yùn)動(dòng)副。
目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已提出了眾多的過(guò)約束移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，例如Delta機(jī)器人 (US4976582)、Y曙Star和Prism機(jī)器人(J.M.Herv6， Design of parallel manipulators via the displacement group, Proceedings of Ninth World Congress on the Theory of Machines and Mechanisms, Italy, 1995)、 3-RRRH移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)(黃真、孔令富、 方躍法，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論及控制，機(jī)械工業(yè)出版社，1998)、 Orghoglide 并聯(lián)機(jī)構(gòu)(P. )Venger and D. Chablat. "Kinematic analysis of a new parallel machine-tool: the Orthoglide," /Uva"ces 及060f AY"emaf/cs， 2000， pp. 305—314.)、 3-RPC并聯(lián)機(jī)構(gòu)等(ZL 01104454.3)。
一般來(lái)說(shuō)，過(guò)約束機(jī)構(gòu)通常需遵循嚴(yán)格的幾何約束條件，如果幾何約束條 件失效，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)將失控、因此對(duì)于制造和裝配精度要求很高，相應(yīng)地增加 了成本。因此，不含過(guò)約束的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種不含冗余約束的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是-該機(jī)構(gòu)由動(dòng)平臺(tái)、機(jī)架、以及連接動(dòng)平臺(tái)與機(jī)架的三條結(jié)構(gòu)相同的分支構(gòu) 成。所述的單個(gè)分支中從定平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)依次為移動(dòng)副，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二轉(zhuǎn) 動(dòng)副、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述移動(dòng)副與機(jī)架連接，所述移動(dòng)副的軸線 與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、以及與動(dòng)平臺(tái)連接的第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行；在分支的第二 轉(zhuǎn)動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副中，設(shè)置其中任何一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與移動(dòng)副軸線平行， 另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線為在空間不與移動(dòng)副軸線平行的任意方向，所述的三個(gè)分 支中的三個(gè)移動(dòng)副軸線相互垂直，構(gòu)成正交布置。所述的分支運(yùn)動(dòng)鏈中，可設(shè)置第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行， 第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直，根據(jù)機(jī)構(gòu)學(xué)中運(yùn)動(dòng)副等效原理， 第二轉(zhuǎn)動(dòng)副和第一轉(zhuǎn)動(dòng)副之間的連桿長(zhǎng)度可以為零，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副 構(gòu)成一個(gè)萬(wàn)向鉸。所述的分支運(yùn)動(dòng)鏈中，可設(shè)置第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行， 第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直，根據(jù)機(jī)構(gòu)學(xué)中運(yùn)動(dòng)副等效原理， 第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副之間的連桿長(zhǎng)度可以為零，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四 轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成一個(gè)萬(wàn)向鉸。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明機(jī)構(gòu)不含過(guò)約束的三自由度解耦移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中運(yùn)動(dòng)副全部為 單自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，并且三個(gè)移動(dòng)自由度完全解耦，即每個(gè)移動(dòng)副單 獨(dú)控制一個(gè)方向的移動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、剛度高，制造成本低，易于控制 等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床等場(chǎng)合。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。圖4是本發(fā)明實(shí)施例4的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。圖中1、動(dòng)平臺(tái)，2、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副，3、連桿，4、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副，5、連桿， 6、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，7、連桿，8、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副，9、連桿，10、移動(dòng)副，11、定平 臺(tái)，12、萬(wàn)向鉸，13、萬(wàn)向鉸12中轉(zhuǎn)動(dòng)軸，14、萬(wàn)向鉸12中轉(zhuǎn)動(dòng)軸，15、萬(wàn) 向鉸，16、萬(wàn)向鉸15中轉(zhuǎn)動(dòng)軸，17、萬(wàn)向鉸15中轉(zhuǎn)動(dòng)軸具體實(shí)施方式
4實(shí)施例1:如圖1所示，動(dòng)平臺(tái)1、定平臺(tái)11通過(guò)三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支連接，分支中 移動(dòng)副10與定平臺(tái)11連接，連桿9與移動(dòng)副10連接，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8與連桿9 連接、且第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8的軸線與移動(dòng)副10的軸線平行，連桿7與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8 連接，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副6與連桿7連接、且第二轉(zhuǎn)動(dòng)副6的軸線與移動(dòng)副10的軸線 垂直，連桿5與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副6連接，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副4與連桿5連接，且第三轉(zhuǎn)動(dòng) 副4的軸線平行于移動(dòng)副10的軸線，連桿3與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副4連接，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副 2 —端與連桿3連接，另一端與動(dòng)平臺(tái)1連接，且第四轉(zhuǎn)動(dòng)副2的軸線平行于移 動(dòng)副10的軸線。三個(gè)分支中的移動(dòng)副IO軸線相互垂直，呈正交布置。動(dòng)平臺(tái) 沿空間各個(gè)坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)完全由平行于該坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)副10的運(yùn)動(dòng)單 獨(dú)決定，例如欲使動(dòng)平臺(tái)在x坐標(biāo)軸方向移動(dòng)距離/時(shí)，只需控制x方向的移動(dòng) 副10移動(dòng)距離/即可。實(shí)施例2:如圖2所示，動(dòng)平臺(tái)1、定平臺(tái)11通過(guò)三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支連接，分支中 移動(dòng)副IO與定平臺(tái)ll連接，連桿9與移動(dòng)副10連接，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8與連桿9 連接、且第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8的軸線與移動(dòng)副10的軸線平行，連桿7與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8 連接，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副6與連桿7連接、且第二轉(zhuǎn)動(dòng)副6的軸線與移動(dòng)副10的軸線 垂直，連桿5與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副6連接，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副4與連桿5連接，且第三轉(zhuǎn)動(dòng) 副4的軸線垂直于移動(dòng)副10的軸線，連桿3與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副4連接，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副 2 —端與連桿3連接，另一端與動(dòng)平臺(tái)1連接，且第四轉(zhuǎn)動(dòng)副2的軸線平行于移 動(dòng)副IO的軸線。三個(gè)分支中的移動(dòng)副IO軸線相互垂直，呈正交布置。動(dòng)平臺(tái) 沿空間各個(gè)坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)完全由平行于該坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)副10的運(yùn)動(dòng)單 獨(dú)決定。實(shí)施例3:如圖3所示，動(dòng)平臺(tái)1、定平臺(tái)11通過(guò)三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支連接，分支中 移動(dòng)副10與定平臺(tái)11連接，連桿9與移動(dòng)副10連接，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8與連桿9 連接、且第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8的軸線與移動(dòng)副10的軸線平行，連桿7與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副8 連接，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副6與連桿7連接、且第二轉(zhuǎn)動(dòng)副6的軸線與移動(dòng)副10的軸線 垂直，連桿5與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副6連接，萬(wàn)向鉸12 —端與連桿5連接，萬(wàn)向鉸12 中轉(zhuǎn)動(dòng)軸13垂直于移動(dòng)副10的軸線，萬(wàn)向鉸12另一端與動(dòng)平臺(tái)l連接，萬(wàn)向 鉸12中轉(zhuǎn)動(dòng)軸14平行于移動(dòng)副10的軸線。三個(gè)分支中的移動(dòng)副10軸線相互 垂直，呈正交布置。動(dòng)平臺(tái)沿空間各個(gè)坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)完全由平行于該坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)副10的運(yùn)動(dòng)單獨(dú)決定。 實(shí)施例4:如圖4所示，動(dòng)平臺(tái)1、定平臺(tái)11通過(guò)三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支連接，分支中 移動(dòng)副10與定平臺(tái)11連接，連桿9與移動(dòng)副10連接，萬(wàn)向鉸15 —端與連桿9 連接、萬(wàn)向鉸15中轉(zhuǎn)動(dòng)軸16與移動(dòng)副10的軸線平行，萬(wàn)向鉸12另一端與連 桿5連接，萬(wàn)向鉸15中轉(zhuǎn)動(dòng)軸17與移動(dòng)副10的軸線垂直，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副4與連 桿5連接，且第三轉(zhuǎn)動(dòng)副4的軸線與移動(dòng)副10的軸線平行，連桿3與第三轉(zhuǎn)動(dòng) 副4連接，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副2—端與連桿3連接，另一端與動(dòng)平臺(tái)l連接，且第四 轉(zhuǎn)動(dòng)副2的軸線平行于移動(dòng)副10的軸線。三個(gè)分支中的移動(dòng)副10軸線相互垂 直，呈正交布置。動(dòng)平臺(tái)沿空間各個(gè)坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)完全由平行于該坐標(biāo)軸 方向的移動(dòng)副10的運(yùn)動(dòng)單獨(dú)決定。
權(quán)利要求
1、一種不含冗余約束的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由動(dòng)平臺(tái)、機(jī)架、以及連接動(dòng)平臺(tái)與機(jī)架的三條結(jié)構(gòu)相同的分支構(gòu)成，其特征在于所述的單個(gè)分支中從定平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)依次為移動(dòng)副，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述移動(dòng)副與機(jī)架連接，所述移動(dòng)副的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、以及與動(dòng)平臺(tái)連接的第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行；在分支的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副中，設(shè)置其中任何一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與移動(dòng)副軸線平行，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線為在空間不與移動(dòng)副軸線平行的任意方向，所述的三個(gè)分支中的三個(gè)移動(dòng)副軸線相互垂直，構(gòu)成正交布置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種不含冗余約束的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其 特征在于所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副為萬(wàn)向鉸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種不含冗余約束的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其 特征在于所述的第三轉(zhuǎn)動(dòng)副和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副為萬(wàn)向鉸。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種不含冗余約束的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由動(dòng)平臺(tái)、機(jī)架、以及連接動(dòng)平臺(tái)與機(jī)架的三條結(jié)構(gòu)相同的分支構(gòu)成。所述的單個(gè)分支中從定平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)依次為移動(dòng)副，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述移動(dòng)副與機(jī)架連接，所述移動(dòng)副的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、以及與動(dòng)平臺(tái)連接的第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行；在分支的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副中，可設(shè)置其中任何一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與移動(dòng)副軸線平行，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線可為在空間不與移動(dòng)副軸線平行的任意方向，所述的三個(gè)分支中的三個(gè)移動(dòng)副軸線相互垂直，構(gòu)成正交布置。本發(fā)明具有不含過(guò)約束、運(yùn)動(dòng)解耦、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度大等優(yōu)點(diǎn)?？蓱?yīng)用于并聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床等場(chǎng)合。
文檔編號(hào)B25J19/00GK101259618SQ200810060358
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者李秦川, 武傳宇, 挺 胡, 胡旭東, 陳巧紅 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)