專利名稱：一種可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人和空間機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
1965年Stewart提出的Stewart平臺(tái)由上下平臺(tái)及6根驅(qū)動(dòng)桿組成,驅(qū)動(dòng)桿可以獨(dú)立地伸縮，且分別通過由球鉸鏈與上下平臺(tái)連接，這樣，上平臺(tái)具有6個(gè)自由度。隨著對(duì)各種并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究的不斷深入，人們將凡是把上下平臺(tái)通過兩個(gè)或兩個(gè)以上支鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且驅(qū)動(dòng)方式為并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為并聯(lián)機(jī)構(gòu)。相對(duì)于傳統(tǒng)的串聯(lián)式機(jī)構(gòu)而言，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有承載能力大、剛度高、運(yùn)動(dòng)速度快、精度高、動(dòng)力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于加工中心、分揀機(jī)構(gòu)、醫(yī)療輔助器械等領(lǐng)域。由于結(jié)構(gòu)的限制，6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)有許多技術(shù)問題沒能很好解決，如運(yùn)動(dòng)耦合性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)正解復(fù)雜、工作空間小、傳動(dòng)特性差等。少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景，不少學(xué)者研究了多種該類型的機(jī)構(gòu)，尤其是三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如Delta機(jī)構(gòu)、Star Like機(jī)構(gòu)等。中國學(xué)者在少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的研究方面也取得了大量的研究成果(如專利申請(qǐng)?zhí)?01108297. 6;01113519. O;03113354. I; 200410018623. 8; 200510037951. 7 等)。目前三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)吸引了眾多研究者的興趣，而其中具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)移動(dòng)自由度形式的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)因其廣闊的應(yīng)用潛力而成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。該類型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)在高速拾取、機(jī)械加工、空間定位、醫(yī)療器械、微操作器、力傳感器、康復(fù)護(hù)理儀器等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值與商業(yè)價(jià)值，目前各國學(xué)者在具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)移動(dòng)自由度形式的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)方面已經(jīng)展開激烈競爭以期提出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、性能優(yōu)良的此類型并聯(lián)機(jī)構(gòu)。但已有的該類機(jī)構(gòu)如3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)、3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)等存在著直鏈運(yùn)動(dòng)副數(shù)目較多、對(duì)零部件的加工、裝配等環(huán)節(jié)要求較高、機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)與平動(dòng)運(yùn)動(dòng)存在耦合使其運(yùn)動(dòng)學(xué)求解非常繁瑣復(fù)雜等缺點(diǎn)，在一定程度上限制了該類機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用范圍。如何設(shè)計(jì)滿足功能需求，且運(yùn)動(dòng)學(xué)控制簡單、制造成本低廉的新型三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是機(jī)構(gòu)研究者急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決已有的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)機(jī)構(gòu)存在運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)正/逆解簡潔、工作空間大，控制方法簡便可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明提供的可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(I)、固定平臺(tái)(2)和聯(lián)接上述兩平臺(tái)的三條支鏈組成；第一支鏈(Cl)中的第一連桿(Lll)通過第一球面副(SI)與固定平臺(tái)連接，第二連桿(L12)通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(Rl)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，第一連桿(Lll)與第二連桿(L12)通過第一移動(dòng)副(Pl)相互連接；第二支鏈(C2)中的第三連桿(L21)通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(R2)與固定平臺(tái)連接，第四連桿(L22)通過第一虎克鉸(Tl)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，第三連桿(L21)與第四連桿(L22)通過第二移動(dòng)副(P2)相互連接；第三支鏈(C3)中的第五連桿(L31)通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(R3)與固定平臺(tái)連接，第六連桿(L32)同時(shí)通過第一虎克鉸(Tl)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，第五連桿(L31)與第六連桿(L32)通過第三移動(dòng)副(P3)相互連接；其中所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(R2)與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(R3)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行，第二支鏈(C2)與第三支鏈(C3)共面；所述的第一虎克鉸(Tl)是第二支鏈(C2)與第三支鏈(C3)共用，第一虎克鉸(Tl)的一個(gè)轉(zhuǎn)軸方向與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(R2)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行。所述的第一移動(dòng)副(P1)、第二移動(dòng)副(P2)與第三移動(dòng)副(P3)為機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)副。本發(fā)明的有益效果是I、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)解耦運(yùn)動(dòng)輸出。2、機(jī)構(gòu)簡單、機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)少，運(yùn)動(dòng)副自由度總數(shù)只有11個(gè)。3、機(jī)構(gòu)的、運(yùn)動(dòng)正/逆解簡潔、工作空間大，控制方法簡便。


圖I是本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I如圖I所示，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(I)、固定平臺(tái)(2)和聯(lián)接上述兩平臺(tái)的三條支鏈組成；第一支鏈(Cl)中的第一連桿(Lll)通過第一球面副(SI)與固定平臺(tái)連接，第二連桿(L12)通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(Rl)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，第一連桿(Lll)與第二連桿(L12)通過第一移動(dòng)副(Pl)相互連接；第二支鏈(C2)中的第三連桿(L21)通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(R2)與固定平臺(tái)連接，第四連桿(L22)通過第一虎克鉸(TI)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，第三連桿(L21)與第四連桿(L22)通過第二移動(dòng)副(P2)相互連接；第三支鏈(C3)中的第五連桿(L31)通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(R3)與固定平臺(tái)連接，第六連桿(L32)同時(shí)通過第一虎克鉸(Tl)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，第五連桿(L31)與第六連桿(L32)通過第三移動(dòng)副(P3)相互連接；其中所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(R2)與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(R3)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行，第二支鏈(C2)與第三支鏈(C3)共面；所述的第一虎克鉸(Tl)是第二支鏈(C2)與第三支鏈(C3)共用，第一虎克鉸(Tl)的一個(gè)轉(zhuǎn)軸方向與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(R2)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行。所述的第一移動(dòng)副(P1)、第二移動(dòng)副(P2)與第三移動(dòng)副(P3)為機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)副(如圖I所示)，通過電機(jī)與滾珠絲桿實(shí)現(xiàn)滑移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)各驅(qū)動(dòng)副在控制下運(yùn)動(dòng)不同的位移時(shí)，其余各轉(zhuǎn)動(dòng)副、球面副以及虎克鉸則在連桿和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的拉動(dòng)下，做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在工作空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動(dòng)一平動(dòng)的解耦運(yùn)動(dòng)輸出。
權(quán)利要求
1.一種可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，該機(jī)構(gòu)由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(I)、固定平臺(tái)(2)和聯(lián)接上述兩平臺(tái)的三條支鏈組成；第一支鏈(Cl)中的第一連桿(Lll)通過第一球面副(SI)與固定平臺(tái)連接，第二連桿(L12)通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(Rl)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，第一連桿(Lll)與第二連桿(L12)通過第一移動(dòng)副(Pl)相互連接；第二支鏈(C2)中的第三連桿(L21)通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(R2)與固定平臺(tái)連接，第四連桿(L22)通過第一虎克鉸(Tl)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，第三連桿(L21)與第四連桿(L22)通過第二移動(dòng)副(P2)相互連接；第三支鏈(C3)中的第五連桿(L31)通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(R3)與固定平臺(tái)連接，第六連桿(L32)同時(shí)通過第一虎克鉸(Tl)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接，第五連桿(L31)與第六連桿(L32)通過第三移動(dòng)副(P3)相互連接；其中 所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(R2)與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(R3)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行，第二支鏈(C2)與第三支鏈(C3)共面； 所述的第一虎克鉸(Tl)是第二支鏈(C2)與第三支鏈(C3)共用，第一虎克鉸(Tl)的一個(gè)轉(zhuǎn)軸方向與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(R2)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的第一移動(dòng)副(P1)、第二移動(dòng)副(P2)與第三移動(dòng)副(P3)為機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)副。
全文摘要
一種可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，涉及機(jī)器人和空間機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。該機(jī)構(gòu)由固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和連接兩平臺(tái)的三條支鏈組成，其中兩條支鏈從固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)分別由轉(zhuǎn)動(dòng)副R、移動(dòng)副P、虎克鉸T以及它們之間的連桿組成，另一條支鏈從固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由球面副S、移動(dòng)副P、轉(zhuǎn)動(dòng)副R以及它們之間的連桿組成。本發(fā)明工作平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)兩維轉(zhuǎn)動(dòng)和一維移動(dòng)且這三個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度可實(shí)現(xiàn)解耦運(yùn)動(dòng)輸出；通過控制各支鏈中移動(dòng)副P的位移來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位置與姿態(tài)的調(diào)節(jié)。該并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單新穎、運(yùn)動(dòng)正/逆解簡潔、工作空間大，控制方法簡便。本發(fā)明是一種在機(jī)器人技術(shù)、機(jī)械加工、定位裝置、傳感器等眾多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)B25J9/00GK102922515SQ20121045441
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者李彬, 趙新華, 孟廣柱, 劉磊 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)