專利名稱：一種完全解耦的一移動兩轉(zhuǎn)動三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)器人、機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種完全解耦的一移動兩轉(zhuǎn)動 三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)構(gòu)指通過兩個或兩個以上獨(dú)立運(yùn)動支鏈連接運(yùn)動平臺及定平臺，并控制運(yùn) 動平臺運(yùn)動的閉環(huán)機(jī)構(gòu)。相對于串聯(lián)機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、承載能力強(qiáng)、精度高、自重 負(fù)荷比小等優(yōu)點(diǎn)。而少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)相對于6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)來說，又具有結(jié)構(gòu)簡單、造 價低、運(yùn)動學(xué)求解相對簡單等特點(diǎn)。因而少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)機(jī)器人、虛軸數(shù)控并聯(lián)機(jī) 床、坐標(biāo)測量機(jī)、運(yùn)動模擬器及醫(yī)用機(jī)器人等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。對于一般的并聯(lián)機(jī)構(gòu)來說，機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)耦合性都很強(qiáng)，如著名的Delta機(jī)構(gòu)，該機(jī) 構(gòu)由12個球副、3個轉(zhuǎn)動副和14個桿件組成，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，運(yùn)動學(xué)求解繁瑣。而后，美國 學(xué)者Tsai在Delta機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種新型三維移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)相對于前者 簡單，但是其運(yùn)動學(xué)求解為八次，耦合性較強(qiáng)，使得在軌跡規(guī)劃和精度控制方面非常困難。相對于其他三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，對一移動二轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究較少，有學(xué) 者提出了 3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但其耦合性較強(qiáng)，運(yùn)動求解較復(fù)雜，設(shè)計加工困難，并且一些自 由度的運(yùn)動是瞬時的。因此，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動學(xué)解耦性好且運(yùn)動性能高的并聯(lián)機(jī)構(gòu)已成為該領(lǐng)域研 究的新課題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種完全解耦的一移動兩轉(zhuǎn)動三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)， 可用于并聯(lián)機(jī)器人、虛軸數(shù)控機(jī)床、運(yùn)動模擬器、坐標(biāo)測量機(jī)等領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī) 構(gòu)運(yùn)動求解較復(fù)雜、設(shè)計加工困難、運(yùn)動學(xué)解耦性不好的問題。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種完全解耦的一移動兩轉(zhuǎn)動三自由度空間并 聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺、動平臺和連接靜平臺與動平臺的三條支路，第一條支路包括從靜平臺 到動平臺通過構(gòu)件連接的移動副和萬向鉸a，第二條支路包括從靜平臺到動平臺通過構(gòu)件 依次連接的轉(zhuǎn)動副a、轉(zhuǎn)動副b和萬向鉸b，第三條支路包括從靜平臺到動平臺通過構(gòu)件依 次連接的轉(zhuǎn)動副C、萬向鉸c和球副。本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，其中的第一條支路與靜平臺的連接點(diǎn)為直角頂點(diǎn)；其中的第一條支路與第二條支路構(gòu)成一個平面，萬向鉸a的軸線b與萬向鉸b的 軸線d同軸，萬向鉸a的軸線a、萬向鉸b的軸線C、轉(zhuǎn)動副a的軸線以及轉(zhuǎn)動副b的軸線互 相平行，且萬向鉸a的軸線a、萬向鉸b的軸線C、轉(zhuǎn)動副a的軸線以及轉(zhuǎn)動副b的軸線都垂 直于第一支路與第二支路構(gòu)成的平面。本實(shí)用新型的有益效果是[0012](1)本機(jī)構(gòu)中的動平臺具有一維移動兩維轉(zhuǎn)動輸出，且非期望輸出運(yùn)動為常數(shù)；(2)本機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣為下三角陣，運(yùn)動輸入-輸出間可實(shí)現(xiàn)完全解耦的控制 關(guān)系；(3)本機(jī)構(gòu)中的動平臺的轉(zhuǎn)動能力強(qiáng)；(4)本機(jī)構(gòu)主動副位于靜平臺，運(yùn)動慣性小，動態(tài)性能好；(5)本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，剛性好。綜上所述，本實(shí)用新型技術(shù)方案具有較高的實(shí)用價值和廣闊的應(yīng)用前景，為并聯(lián) 機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、坐標(biāo)測量機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域提供了 一種新機(jī)型。

圖1是本實(shí)用新型完全解耦的一移動兩轉(zhuǎn)動三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意 圖。圖中，1.移動副，2.萬向鉸a，3.轉(zhuǎn)動副a，4.轉(zhuǎn)動副b，5.萬向鉸b，6.轉(zhuǎn)動副c， 7.萬向鉸c，8.球副，9.靜平臺，10.動平臺，11.軸線a，12.軸線b，13.軸線c，14.軸線d。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)用新型完全解耦的一移動兩轉(zhuǎn)動三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，如圖1所 示，包括靜平臺9、動平臺10和連接靜平臺9與動平臺10的三條支路，第一條支路包括從靜 平臺9到動平臺10通過構(gòu)件連接的移動副1和萬向鉸a2，第二條支路包括從靜平臺9到 動平臺10通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動副a3、轉(zhuǎn)動副b4和萬向鉸b5，第三條支路包括從靜平 臺9到動平臺10通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動副c6、萬向鉸c7和球副8。第一條支路與靜平 臺9的連接點(diǎn)為直角頂點(diǎn)；第一條支路與第二條支路構(gòu)成一個平面回路，萬向鉸a2的軸線 bl2與萬向鉸b5的軸線dl4同軸，萬向鉸a2的軸線all、萬向鉸b5的軸線cl3、轉(zhuǎn)動副a3 的軸線以及轉(zhuǎn)動副b4的軸線互相平行，且萬向鉸a2的軸線all、萬向鉸b5的軸線cl3、轉(zhuǎn) 動副a3的軸線以及轉(zhuǎn)動副b4的軸線都垂直于第一支路與第二支路構(gòu)成的平面。工作時，控制位于靜平臺9上的移動副1、轉(zhuǎn)動副a3和轉(zhuǎn)動副c6的輸入，動平臺 10即可實(shí)現(xiàn)一移動和兩轉(zhuǎn)動輸出，移動自由度是動平臺10可在垂直方向移動，其中一個轉(zhuǎn) 動自由度是動平臺10可以繞萬向鉸a2和萬向鉸b5的連線方向(萬向鉸a2的軸線bl2和 萬向鉸b5的軸線dl4與此連線共線)發(fā)生轉(zhuǎn)動，另一個轉(zhuǎn)動自由度是動平臺10可以繞萬 向鉸a2的軸線all的方向發(fā)生轉(zhuǎn)動。本機(jī)構(gòu)所述的三個位于靜平臺9上的主動副移動副 1、轉(zhuǎn)動副a3和轉(zhuǎn)動副c6采用電機(jī)驅(qū)動，將刀具、操作手安裝在動平臺上，便可作為數(shù)控機(jī) 床、機(jī)器人和測量機(jī)的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求一種完全解耦的一移動兩轉(zhuǎn)動三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(9)、動平臺(10)和連接靜平臺(9)與動平臺(10)的三條支路，第一條支路包括從靜平臺(9)到動平臺(10)通過構(gòu)件連接的移動副(1)和萬向鉸a(2)，第二條支路包括從靜平臺(9)到動平臺(10)通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動副a(3)、轉(zhuǎn)動副b(4)和萬向鉸b(5)，第三條支路包括從靜平臺(9)到動平臺(10)通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動副c(6)、萬向鉸c(7)和球副(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的完全解耦的一移動兩轉(zhuǎn)動三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在 于，所述的第一條支路與靜平臺(9)的連接點(diǎn)為直角頂點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的完全解耦的一移動兩轉(zhuǎn)動三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征 在于，所述的第一條支路與第二條支路構(gòu)成一個平面，萬向鉸a(2)的軸線b(12)與萬向鉸 b(5)的軸線d(14)同軸，萬向鉸a(2)的軸線a(ll)、萬向鉸b (5)的軸線c (13)、轉(zhuǎn)動副a(3) 的軸線以及轉(zhuǎn)動副b(4)的軸線互相平行，且萬向鉸a(2)的軸線a(ll)、萬向鉸b(5)的軸線 c (13)、轉(zhuǎn)動副a (3)的軸線以及轉(zhuǎn)動副b (4)的軸線都垂直于第一支路與第二支路構(gòu)成的平
專利摘要本實(shí)用新型公開的一種完全解耦的一移動兩轉(zhuǎn)動三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺、動平臺和連接靜平臺與動平臺的三條支路，第一條支路包括從靜平臺到動平臺通過構(gòu)件連接的移動副和萬向鉸a，第二條支路包括從靜平臺到動平臺通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動副a、轉(zhuǎn)動副b和萬向鉸b，第三條支路包括從靜平臺到動平臺通過構(gòu)件依次連接的轉(zhuǎn)動副c、萬向鉸c和球副。本實(shí)用新型完全解耦的一移動兩轉(zhuǎn)動三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可用于并聯(lián)機(jī)器人、虛軸數(shù)控機(jī)床、運(yùn)動模擬器、坐標(biāo)測量機(jī)等領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動求解較復(fù)雜、設(shè)計加工困難、運(yùn)動學(xué)解耦性不好的問題。
文檔編號B25J9/08GK201625978SQ200920317010
公開日2010年11月10日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者何強(qiáng), 劉麗蘭, 劉宏昭, 張彥斌, 范彩霞 申請人:西安理工大學(xué)