具有三維轉(zhuǎn)動特征動平臺的空間調(diào)姿并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種機器人領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種具有三維轉(zhuǎn)動特征動平臺的空間調(diào)姿并聯(lián)機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機構(gòu)的廣義定義:動平臺和靜平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)機構(gòu)。和串聯(lián)機器人相比較，并聯(lián)機器人具有以下優(yōu)點:1)無累積誤差，精度較高；2)驅(qū)動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態(tài)響應(yīng)好；3)結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大。
[0003]根據(jù)這些特點，并聯(lián)機器人在需要高剛度、高精度或者大載荷而無須很大工作空間的領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，而少自由度并聯(lián)機構(gòu)相對于六自由度并聯(lián)機構(gòu)來說，又具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、運動學(xué)求解相對簡單、輸入少且控制較易實現(xiàn)等特點。因此少自由度并聯(lián)機構(gòu)在工業(yè)機器人、虛軸數(shù)控機床、飛機運動模擬器以及醫(yī)用機器人等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]目前絕大多數(shù)并聯(lián)機構(gòu)由含三個或以上運動副和兩個或以上連桿的支鏈所構(gòu)成，對于由含兩個運動副和一個連桿的支鏈所構(gòu)成的并聯(lián)機構(gòu)的研宄還很少。對于并聯(lián)機構(gòu)而言，支鏈所含的運動副和連桿數(shù)越少，其結(jié)構(gòu)越簡單，運動精度也較高，因此設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單且支鏈所含運動副和連桿數(shù)較少的并聯(lián)機構(gòu)是實際工程應(yīng)用的迫切需要。
[0005]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN103302659A公開(公告)日2013.09.18，公開了一種單自由度變胞機構(gòu)，包括:動平臺、三個靜平臺和分別連接兩種平臺的三個支鏈，其中:第一支鏈和第二支鏈的結(jié)構(gòu)相同，分別包括:依次由連桿相連的第一單自由度運動副、第二單自由度運動副和萬向副，其中:第一單自由度運動副與第一靜平臺或第二靜平臺相連，第一萬向副或第二萬向副與動平臺相連；第三支鏈包括:由連桿相連的第一球鉸副和第二球鉸副，其中:第一球鉸副與第三靜平臺相連，第二球鉸副與動平臺相連。
[0006]但該技術(shù)通過兩個或以上支鏈將靜平臺與動平臺連接的空間復(fù)雜連桿機構(gòu)，其中支鏈由運動副(轉(zhuǎn)動副、萬向副、球鉸副和平動副)和連桿通過一定的幾何關(guān)系組合而成，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種具有三維轉(zhuǎn)動特征動平臺的空間調(diào)姿并聯(lián)機構(gòu)，可以實現(xiàn)空間內(nèi)的任意姿態(tài)調(diào)節(jié)；同時各支鏈都為動平臺提供均勻且有效的約束和支撐，從而使執(zhí)行端的受力更均勻，進而改善了驅(qū)動支鏈的受力狀況；此外該機構(gòu)不存在冗余約束。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明包括:動平臺、三個與之相連且?guī)в懈髯造o平臺的支鏈，其中:每個支鏈由依次連接的靜平臺、萬向副、連桿和球鉸副組成，球鉸副與動平臺相連。
[0010]三個支鏈的萬向副的兩個轉(zhuǎn)動軸線兩兩相交且互呈角度，其中:第一支鏈的萬向副中的轉(zhuǎn)動副為主動轉(zhuǎn)動副，該主動轉(zhuǎn)動副的驅(qū)動裝置是所有能夠提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的裝置。
技術(shù)效果
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明因為每個支鏈只為動平臺提供一個約束，三個支鏈共計三個約束且不存在任何的冗余約束；該機構(gòu)的動平臺具有三維轉(zhuǎn)動特征，可以實現(xiàn)空間內(nèi)的任意姿態(tài)調(diào)節(jié)；同時各支鏈都為動平臺提供均勻且有效的約束和支撐，從而使執(zhí)行端的受力更均勻，進而改善了驅(qū)動支鏈的受力狀況；各支鏈含兩個運動副和一個連桿，結(jié)構(gòu)較簡單。
[0012]目前實現(xiàn)空間姿態(tài)調(diào)節(jié)的并聯(lián)機構(gòu)一般由含有3個或以上運動副和兩個或以上連桿的支鏈組合而成，對于并聯(lián)機構(gòu)的支鏈而言，減少連桿數(shù)和運動副數(shù)，可減小運動誤差和簡化力在支鏈上的傳遞路徑，從而提高并聯(lián)機構(gòu)的力學(xué)性能和運動精度。該發(fā)明機構(gòu)的支鏈含有兩個運動副和一個連桿，同時動平臺具有三維轉(zhuǎn)動特征，即可實現(xiàn)空間任意姿態(tài)的調(diào)節(jié)，因此該發(fā)明機構(gòu)具有比一般空間調(diào)姿并聯(lián)機構(gòu)更好的性能。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0015]如圖1所示，動平臺M通過三個呈中心對稱分布且結(jié)構(gòu)相同的分支與機架并聯(lián)連接:
[0016]第一至第三支鏈Al?A3中，第一至第三萬向副Ul?U3分別連接第一至第三靜平臺Fl?F3，第一至第三連桿I?3分別連接第一至第三萬向副Ul?U3以及第一至第三球鉸副SI?S3，第一至第三球鉸副SI?S3分別與動平臺M相連。
[0017]第一至第三萬向副Ul?U3的兩轉(zhuǎn)動軸線相交于ο點且成一定角度；
[0018]以Ul、U2和U3的第一轉(zhuǎn)動副為主動轉(zhuǎn)動副；主動轉(zhuǎn)動副的驅(qū)動裝置是所有能夠提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的裝置；
[0019]動平臺具有三維轉(zhuǎn)動特征，可以實現(xiàn)空間內(nèi)的任意姿態(tài)調(diào)節(jié)。
[0020]本裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，各支鏈由萬向副、球鉸副和一個連桿構(gòu)成，其動平臺具有三維轉(zhuǎn)動特征或繞任意方向軸線轉(zhuǎn)動的能力，可繞空間任意方向軸線轉(zhuǎn)動，因此可以用于飛機運動模擬和空間姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置。
【主權(quán)項】
1.一種具有三維轉(zhuǎn)動特征動平臺的空間調(diào)姿并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于，包括:動平臺、三個與之相連且?guī)в懈髯造o平臺的支鏈，其中:每個支鏈由依次連接的靜平臺、萬向副、連桿和球鉸副組成，球鉸副與動平臺相連；三個支鏈的萬向副的兩個轉(zhuǎn)動軸線兩兩相交且互呈角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有三維轉(zhuǎn)動特征動平臺的空間調(diào)姿并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，第一支鏈的萬向副中的轉(zhuǎn)動副為主動轉(zhuǎn)動副。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有三維轉(zhuǎn)動特征動平臺的空間調(diào)姿并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的主動轉(zhuǎn)動副的驅(qū)動裝置是所有能夠提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的裝置。
【專利摘要】一種機器人技術(shù)領(lǐng)域的具有三維轉(zhuǎn)動特征動平臺的空間調(diào)姿并聯(lián)機構(gòu)，包括：動平臺、三個與之相連且?guī)в懈髯造o平臺的支鏈，其中：每個支鏈由依次連接的靜平臺、萬向副、連桿和球鉸副組成，球鉸副與動平臺相連。三個支鏈的萬向副的兩個轉(zhuǎn)動軸線兩兩相交且互呈角度，其中：第一支鏈的萬向副中的轉(zhuǎn)動副為主動轉(zhuǎn)動副，該主動轉(zhuǎn)動副的驅(qū)動裝置是所有能夠提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的裝置。本發(fā)明可以實現(xiàn)末端的三維轉(zhuǎn)動特征，且該機構(gòu)的驅(qū)動和約束分布均勻，同時無冗余約束和驅(qū)動，同時各支鏈只含兩個運動副和一個連桿，結(jié)構(gòu)較簡單。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號】CN104875196
【申請?zhí)枴緾N201510314229
【發(fā)明人】郭為忠, 郭令
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月10日