專利名稱：二自由度移動冗余并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)機器人技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種適用于二自由度 操作場合的二自由度移動冗余并聯(lián)機構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機構(gòu)是指兩個或兩個以上的驅(qū)動單元并聯(lián)設(shè)置并共同完成動作的機 構(gòu)，并聯(lián)機構(gòu)具有剛度大、承載能力高、運動精度高、動態(tài)特性好等優(yōu)點，廣 泛應(yīng)用于重載模擬設(shè)備、機器人、數(shù)控機床、傳感器及微操作等技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn) 有并聯(lián)機器人大多采用3-6自由度對稱結(jié)構(gòu)， 一般采用球鉸、虎克鉸或移動副 作為運動副實現(xiàn)3-6自由度的空間運動，且工作空間一般不具有優(yōu)勢方向，結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高。然而，在很多場合下，如平面重載模擬設(shè)備中，末端 執(zhí)行器只需要在平面中作業(yè)，因此再采用多自由度空間并聯(lián)機構(gòu)則顯得沒有必 要或制造成本太高；另外，現(xiàn)有很多并聯(lián)機構(gòu)在滿足工作空間盡可能大的前提 下，往往機構(gòu)的工作位形剛度特性、力承載特性等性能不佳，如何使工作空間 與剛度特性、力承載特性等性能同時達(dá)到最好或者較好，成為一個提高機構(gòu)性 能的重要問題。
現(xiàn)有的較多少自由度并聯(lián)機構(gòu)，存在工作空間小、存在奇異位形，不夠靈活 等缺點，可以通過冗余并聯(lián)機構(gòu)來克服以上缺點。冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)是指在普 通并聯(lián)機構(gòu)的基礎(chǔ)上，將機構(gòu)的某些被動關(guān)節(jié)變成主動關(guān)節(jié)或者增加含有主動 關(guān)節(jié)的支鏈個數(shù)，使得機構(gòu)的驅(qū)動數(shù)大于末端執(zhí)行器的自由度數(shù)。利用這種方 法可以使并聯(lián)機構(gòu)位形空間變得平坦，增加并聯(lián)機構(gòu)的靈活性，提高并聯(lián)機構(gòu) 的各項性能。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的少自由度冗余機構(gòu)，如"一種實現(xiàn)兩 維平動和一位轉(zhuǎn)動的三自由度冗余并聯(lián)機構(gòu)"(參見中國發(fā)明專利，公開號 CN1586807A)，"一種用于并聯(lián)機床的兩轉(zhuǎn)動一平動三自由度冗余并聯(lián)機構(gòu)"(參 見中國發(fā)明專利，公開號CN1586806A)等，通過采用冗余并聯(lián)機構(gòu)擴大了工作
空間，增加了機構(gòu)的精度與剛度；但機構(gòu)末端執(zhí)行器的位姿一旦確定，各桿件 的姿態(tài)也相應(yīng)確定，此時機構(gòu)整體的剛度與力承載特性等性能確定，不可以再 度優(yōu)化改善，因此在一定程度上還是限制了工作空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種二自由度移動冗余并聯(lián)機 構(gòu)，使其可以在平面內(nèi)自由移動，同時在機構(gòu)末端執(zhí)行器位姿確定的情況下， 通過調(diào)節(jié)部分桿件的姿態(tài)，提高機構(gòu)的剛度與力承載特性等性能。該并聯(lián)機構(gòu) 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剛度高、受力特性好、靈活性好，而且結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，運動 精度高，成本低。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括固定平臺、垂直滑塊、水 平導(dǎo)向桿、隨動滑塊、支撐桿件、水平滑塊、末端執(zhí)行器。垂直滑塊與水平滑 塊均設(shè)置在固定平臺上，水平導(dǎo)向桿設(shè)置于垂直滑塊上，隨動滑塊則設(shè)置在水 平導(dǎo)向桿上，而末端執(zhí)行器通過由三根支撐桿件及轉(zhuǎn)動副與隨動滑塊、水平滑 塊連接，整個裝置的運動及力的傳遞則通過末端執(zhí)行器來實現(xiàn)。
所述的支撐桿件共三根，其中兩根支撐桿件長度相等且相互平行，它們與 轉(zhuǎn)動副組合，形成平行四邊形機構(gòu)與水平滑塊連接；另外一根支撐桿件則通過 轉(zhuǎn)動副與隨動滑塊連接，其長度與另外兩根支撐桿件長度可等可不等。
所述轉(zhuǎn)動副可以是鉸鏈、球鉸或關(guān)節(jié)軸承等常用部件。
本發(fā)明整個機構(gòu)具有三個移動滑塊水平滑塊、垂直滑塊及隨動滑塊，可 以采用液壓驅(qū)動，也可以采用電機驅(qū)動或氣動驅(qū)動。垂直滑塊垂直移動，從而 使隨動滑塊同時垂直移動；同時水平滑塊水平移動，然后隨動滑塊、水平滑塊 通過三根支撐桿件及轉(zhuǎn)動副帶動末端執(zhí)行器移動。當(dāng)末端執(zhí)行器到達(dá)指定位姿 時，隨動滑塊可與垂直滑塊配合移動，在保持末端執(zhí)行器位姿不變的情況下， 帶動與隨動滑塊連接的支撐桿件發(fā)生轉(zhuǎn)動，改變其姿態(tài)，從而改善機構(gòu)整體的 剛度與力承載特性等性能。
整個運動過程也可提前規(guī)劃，驅(qū)動三個移動滑塊同時移動，在滿足末端執(zhí) 行器軌跡的前提下，使機構(gòu)本身始終處于最佳或較佳的剛度與力承載特性等性 能。由于兩根支撐桿件與轉(zhuǎn)動副組成的平行四邊形結(jié)構(gòu)保證了末端執(zhí)行器只發(fā) 生平動，而不發(fā)生轉(zhuǎn)動，因此整體機構(gòu)在三個驅(qū)動下，實現(xiàn)了二自由度移動，
即為冗余驅(qū)動。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)合了冗余驅(qū)動、平行四邊形結(jié)構(gòu)，使最終的二 自由度移動并聯(lián)機構(gòu)的工作空間、剛度與力承載特性等性能同時達(dá)到最佳或較 佳，同時整體機構(gòu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，傳動效率高，控制容易，運動精度高，兩方向運 動分辨率可達(dá)到0. Olmm，成本低。


圖1為本發(fā)明機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方
案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的 保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括以下部件固定平臺l，垂直滑塊2，隨動滑塊
3，水平滑塊5，三根支撐桿件4、 6、 7，末端執(zhí)行器8，水平導(dǎo)向桿9。垂直滑 塊2設(shè)置在固定平臺1垂直部分上，水平滑塊5設(shè)置在固定平臺1水平部分上， 水平導(dǎo)向桿9設(shè)置于垂直滑塊2上，隨動滑塊3則設(shè)置在水平導(dǎo)向桿9上，而 支撐桿件4 一端設(shè)置于隨動滑塊3上同時另一端與末端執(zhí)行器8連接，支撐桿 件6、 7—端設(shè)置于隨動滑塊3上同時另一端與末端執(zhí)行器8連接，整個裝置的 運動及力的傳遞則通過末端執(zhí)行器8來實現(xiàn)。
本實施例中，所述支撐桿件6、支撐桿件7長度相等且相互平行，它們與轉(zhuǎn) 動副組合，形成平行四邊形機構(gòu)與水平滑塊5連接；另外支撐桿件4則通過轉(zhuǎn) 動副與隨動滑塊3連接，其長度與支撐桿件6、支撐桿件7長度可等可不等。 本實施例中，所述轉(zhuǎn)動副可以是鉸鏈、球鉸或關(guān)節(jié)軸承等常用部件。 本實施例中，具有三個移動滑塊水平滑塊5、垂直滑塊2及隨動滑塊3， 可以采用液壓驅(qū)動，也可以采用電機驅(qū)動或氣動驅(qū)動。垂直滑塊2垂直移動， 從而使隨動滑塊3同時垂直移動；同時水平滑塊5水平移動，然后隨動滑塊3、 水平滑塊5通過支撐桿件4、支撐桿件6、支撐桿件7及轉(zhuǎn)動副帶動末端執(zhí)行器 移動。當(dāng)末端執(zhí)行器到達(dá)指定位姿時，隨動滑塊3可與垂直滑塊2配合移動， 在保持末端執(zhí)行器8位姿不變的情況下，帶動與隨動滑塊3連接的支撐桿件4 發(fā)生轉(zhuǎn)動，改變其姿態(tài)，從而改善機構(gòu)整體的剛度與力承載特性等性能。
整個運動過程也可提前規(guī)劃，使三個移動滑塊同時移動，在滿足末端執(zhí)行 器8軌跡的前提下，使機構(gòu)本身始終處于最佳或較佳的剛度與力承載特性等性 能。由于支撐桿件6、支撐桿件7與轉(zhuǎn)動副組成的平行四邊形結(jié)構(gòu)保證了末端執(zhí) 行器8只發(fā)生平動，而不發(fā)生轉(zhuǎn)動，因此整體機構(gòu)在三個驅(qū)動，實現(xiàn)了 2自由 度移動，即為冗余驅(qū)動。
本發(fā)明的實施方式不限于上述形式。整個機構(gòu)的固定平臺1可以以任意角 度設(shè)置，在具體應(yīng)用中，根據(jù)需要確定；根據(jù)需要，還可以在末端執(zhí)行器8上 增加其他裝置，如緩沖裝置、力傳感器、位移傳感器等；此外，該機構(gòu)可以平 行布置兩套，同時采用一個末端執(zhí)行器，構(gòu)成空間并聯(lián)機構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種二自由度移動冗余并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于，包括固定平臺、垂直滑塊、水平導(dǎo)向桿、隨動滑塊、支撐桿件、水平滑塊、末端執(zhí)行器，所述垂直滑塊與水平滑塊均設(shè)置在固定平臺上，水平導(dǎo)向桿設(shè)置于垂直滑塊上，隨動滑塊則設(shè)置在水平導(dǎo)向桿上，而末端執(zhí)行器通過由三根支撐桿件及轉(zhuǎn)動副與隨動滑塊、水平滑塊連接，整個裝置的運動及力的傳遞則通過末端執(zhí)行器來實現(xiàn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度移動冗余并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的 支撐桿件共三根，其中兩根支撐桿件長度相等且相互平行，它們與轉(zhuǎn)動副組合， 形成平行四邊形機構(gòu)與水平滑塊連接，另外一根支撐桿件則通過轉(zhuǎn)動副與隨動滑 塊連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的二自由度移動冗余并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述水 平滑塊、垂直滑塊及隨動滑塊，其驅(qū)動方式為液壓驅(qū)動，或電機驅(qū)動，或氣動驅(qū) 動，垂直滑塊垂直移動，帶動隨動滑塊同時垂直移動，同時水平滑塊水平移動， 隨動滑塊、水平滑塊通過三根支撐桿件及轉(zhuǎn)動副帶動末端執(zhí)行器移動。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的二自由度移動冗余并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述轉(zhuǎn) 動副是鉸鏈、球鉸或關(guān)節(jié)軸承。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的二自由度移動冗余并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述末 端執(zhí)行器上設(shè)置緩沖裝置，或力傳感器，或位移傳感器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的二自由度移動冗余并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的 固定平臺，其設(shè)置角度為任意角度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度移動冗余并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的 并聯(lián)機構(gòu)平行布置兩套，同時采用一個末端執(zhí)行器，構(gòu)成空間并聯(lián)機構(gòu)。
全文摘要
一種工業(yè)機器人領(lǐng)域的二自由度移動冗余并聯(lián)機構(gòu)，由固定平臺、垂直滑塊、水平導(dǎo)向桿、隨動滑塊、支撐桿件、水平滑塊、末端執(zhí)行器組成，垂直滑塊與水平滑塊均設(shè)置在固定平臺上，水平導(dǎo)向桿設(shè)置于垂直滑塊上，隨動滑塊則設(shè)置在水平導(dǎo)向桿上，而末端執(zhí)行器通過由三根支撐桿件及轉(zhuǎn)動副與隨動滑塊、水平滑塊連接，整個裝置的運動及力的傳遞則通過末端執(zhí)行器來實現(xiàn)。本發(fā)明結(jié)合了冗余驅(qū)動、平行四邊形結(jié)構(gòu)，使最終的二自由度移動并聯(lián)機構(gòu)的工作空間、剛度與力承載特性等性能同時達(dá)到最佳或較佳，同時整體機構(gòu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，傳動效率高，控制容易，運動精度高，成本低。
文檔編號B25J11/00GK101362337SQ20081004278
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者姚振強, 普 張, 杜正春, 林忠欽, 皓 王 申請人:上海交通大學(xué)