專利名稱:一種新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),尤其是一種基于球面副的內(nèi)凹形三自由度欠驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù):
三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一種很重要的少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu),其動(dòng)平臺可以實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)。和串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比,并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力好、運(yùn)動(dòng)精度高、機(jī)構(gòu)剛度好等特點(diǎn)。欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是指控制出入小于系統(tǒng)自由度的機(jī)構(gòu),欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人是一種含有欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人,由于其具有體積小、重量輕、成本低、能耗低、靈活性高等特點(diǎn),因此引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注,成為機(jī)器人領(lǐng)域研究的新熱點(diǎn)。比如機(jī)器人要能在工作空間中實(shí)現(xiàn)任意的位姿至少需要六個(gè)自由度,在手腕或腰部往往需要三個(gè)自由度,現(xiàn)在工業(yè)上應(yīng)用的機(jī)器人多為串聯(lián)機(jī)器人,雖然串聯(lián)機(jī)器人工作空間比較大但是存在一些先天的缺陷,例如剛度比較小,承載能力小,精度低,運(yùn)動(dòng)慣量大,在一些要求精密的場合受到了很大限制。再者因?yàn)楦麝P(guān)節(jié)的重量問題,嚴(yán)重影響了末端執(zhí)行器的承載能力,而驅(qū)動(dòng)單元重量占了各關(guān)節(jié)重量的一大半。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,提供一種新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,可靠,體積小、機(jī)構(gòu)緊湊、剛度好、重量輕,成本低,易于加工,易于裝配。該裝置適用于并聯(lián)機(jī)器人、微動(dòng)機(jī)器人等。為達(dá)到上述目的,本發(fā)明的構(gòu)思是
本新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),含有一個(gè)基座、一個(gè)動(dòng)平臺、三條結(jié)構(gòu)相同軸對稱均勻布置的運(yùn)動(dòng)支鏈,兩個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源和一個(gè)位置檢測裝置。其特征在于法蘭盤用于和其他裝置連接,動(dòng)平臺呈內(nèi)凹形,基座通過三條支鏈連接動(dòng)平臺,其中有兩條支鏈具有動(dòng)力源,另一條支鏈有一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測連桿的旋轉(zhuǎn)角度,動(dòng)平臺可以做三自由度的運(yùn)動(dòng)。其中條驅(qū)動(dòng)支鏈電機(jī)和減速器連接在一起通過螺栓固定在電機(jī)支撐座上,主動(dòng)連桿一端經(jīng)過套筒通過平鍵和減速器輸出軸連接在一起另一端和從動(dòng)連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連,從動(dòng)連桿另一端通過球面副和動(dòng)平臺連接桿相連,動(dòng)平臺連接桿通過螺釘和動(dòng)平臺固定在一起,構(gòu)成第一條支鏈;另一條驅(qū)動(dòng)支鏈完全相同,第三條支鏈編碼器支撐座通過螺釘固定在法蘭盤上,編碼器軸通過聯(lián)軸器和下連桿連接在一起其余部分和第一條支鏈完全相同,三個(gè)動(dòng)平臺連桿成120°均勻分布,電機(jī)支撐座與電機(jī)支撐座與編碼器支撐座間隔120°。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思,本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),包括一個(gè)基座、一個(gè)動(dòng)平臺,三條結(jié)構(gòu)相同軸對稱均勻布置的運(yùn)動(dòng)支鏈、兩個(gè)動(dòng)力源和一個(gè)位置檢測裝置。其特征在于三條運(yùn)動(dòng)支鏈分別與動(dòng)平臺活動(dòng)連接,這樣不僅便于加工裝配而且運(yùn)動(dòng)靈活;動(dòng)平臺朝基座方向下沉,呈內(nèi)凹形,這可以使結(jié)構(gòu)更加緊湊并增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的剛度;所述兩個(gè)電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)兩條運(yùn)動(dòng)支鏈,構(gòu)成三條運(yùn)動(dòng)支鏈為欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使動(dòng)平臺作三自由度運(yùn)動(dòng),降低成本并減少了機(jī)構(gòu)的重量;所述位置檢測裝置與欠驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)支鏈連接,實(shí)現(xiàn)位置檢測。所述基座的結(jié)構(gòu)是兩個(gè)電機(jī)支撐座和一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座分別通過螺釘固定在一個(gè)法蘭盤上表面,所述兩個(gè)電機(jī)支撐座和旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座均間隔120°。所述動(dòng)平臺與三條運(yùn)動(dòng)支鏈活動(dòng)鏈接的結(jié)構(gòu)是第一、第二和第三三根動(dòng)平臺連桿一端分別通過螺釘固定在動(dòng)平臺下表面,三根動(dòng)平臺連桿成120°周向均勻分布,三根動(dòng)平臺連桿另一端分別通過第一、第二和第三球面副與所述三條支鏈的連桿連接,使動(dòng)平臺呈內(nèi)懸置凹形。所述三條運(yùn)動(dòng)支鏈的結(jié)構(gòu)是一根第一主動(dòng)連桿和一根第一從動(dòng)連桿通過一個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián),構(gòu)成三個(gè)支鏈中第一支鏈,該第一支鏈的一端經(jīng)過一個(gè)第一套筒通過平鍵與一個(gè)第一減速器輸出軸連接,該第一支鏈的另一端通過所述第一球面副與第一動(dòng)平臺連桿連接;一根第二主動(dòng)連桿和一根第二從動(dòng)連桿通過一個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián),構(gòu)成三條支鏈中第二支鏈,該第二支鏈的一端經(jīng)過一個(gè)第二套筒通過平鍵與一個(gè)第二減速器輸出軸連接,該第二支鏈的另一端通過一個(gè)第二球面副與第二動(dòng)平臺連桿連接;第三支鏈?zhǔn)且桓鬟B桿和一個(gè)次連桿通過一個(gè)第三轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián),該第三支鏈的一端通過一個(gè)聯(lián)軸器與一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器軸連接,該第三支鏈的另一端通過一個(gè)第三球面副與第三動(dòng)平臺連桿連接。所述兩個(gè)動(dòng)力源結(jié)構(gòu)為第一和第二兩個(gè)電機(jī)分別和第一第二兩個(gè)減速器連接在一起并分別通過螺栓連接固定在第一和第二兩個(gè)電機(jī)支撐座上,該兩個(gè)減速器輸出軸分別經(jīng)過第一和第二兩個(gè)套筒通過平鍵與第一和第二兩個(gè)支鏈中的第一個(gè)和第二兩個(gè)主動(dòng)連桿連接。所述位置檢測裝置結(jié)構(gòu)為所述旋轉(zhuǎn)編碼器通過螺栓連接固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座上,所述旋轉(zhuǎn)編碼器軸通過所述聯(lián)軸器和所述主連桿連接。本發(fā)明的有益效果是制造裝配更加容易,精度高,剛度好,體積更小結(jié)構(gòu)更加緊湊,成本低,重量更小。
圖1是新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖。圖2是圖1的A向視圖(順時(shí)針轉(zhuǎn)120° )。圖3是圖1的B向視圖(順時(shí)針轉(zhuǎn)120° )。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下實(shí)施例一
參見圖1一圖3,本新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)基座、一個(gè)動(dòng)平臺(11),三條結(jié)構(gòu)相同軸對稱均勻布置的運(yùn)動(dòng)支鏈、兩個(gè)動(dòng)力源和一個(gè)位置檢測裝置,其特征在于三條運(yùn)動(dòng)支鏈分別與動(dòng)平臺(11)活動(dòng)連接,這樣不僅便于加工裝配而且運(yùn)動(dòng)靈活;動(dòng)平臺(11)朝基座方向下沉,呈內(nèi)凹形,這可以使結(jié)構(gòu)更加緊湊并增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的剛度;所述兩個(gè)電機(jī)(3、21)的直接驅(qū)動(dòng)兩條運(yùn)動(dòng)支鏈,構(gòu)成三條運(yùn)動(dòng)支鏈為欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使動(dòng)平臺(11)作三自由度運(yùn)動(dòng),降低成本并減少了機(jī)構(gòu)的重量;所述位置檢測裝置與欠驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)支鏈連接,實(shí)現(xiàn)位
4置檢測。實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同,特別之處在于所述基座的結(jié)構(gòu)是兩個(gè)電機(jī)支撐座(2、20)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)分別通過螺釘固定在一個(gè)法蘭盤(1)上表面,所述兩個(gè)電機(jī)支撐座(2、20)和旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)均間隔120°。所述動(dòng)平臺(11)與三條運(yùn)動(dòng)支鏈活動(dòng)連接的結(jié)構(gòu)是第一、第二和第三三根動(dòng)平臺連桿(10、觀、19) 一端分別通過螺釘固定在動(dòng)平臺(11)下表面,三根動(dòng)平臺連桿(10、觀、19)成120°周向均勻分布,三根動(dòng)平臺連桿(10、觀、19)另一端分別通過第一、第二和第三球面副(9、27、18)與所述三條支鏈的連桿(8、26、17)連接,使動(dòng)平臺呈內(nèi)懸置凹形。所述三條運(yùn)動(dòng)支鏈的結(jié)構(gòu)是一根第一主動(dòng)連桿(6)和一根第一從動(dòng)連桿(8)通過一個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(7)串聯(lián),構(gòu)成三個(gè)支鏈中第一支鏈,該第一支鏈的一端經(jīng)過一個(gè)第一套筒(5)通過平鍵與一個(gè)第一減速器(4)輸出軸連接,該第一支鏈的另一端通過所述第一球面副(9)與第一動(dòng)平臺連桿(10)連接;一根第二主動(dòng)連桿04)和一根第二從動(dòng)連桿(26)通過一個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(25)串聯(lián),構(gòu)成三條支鏈中第二支鏈,該第二支鏈的一端經(jīng)過一個(gè)第二套筒(23)通過平鍵與一個(gè)第二減速器(22)輸出軸連接,該第二支鏈的另一端通過一個(gè)第二球面副(27)與第二動(dòng)平臺連桿(28)連接;第三支鏈?zhǔn)且桓鬟B桿(15)和一根次連桿(17)通過一個(gè)第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(16)串聯(lián),該第三支鏈的一端通過一個(gè)聯(lián)軸器(14)與一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器(13)軸連接,該第三支鏈的另一端通過第三球面副(18)與第三動(dòng)平臺連桿(19)連接。所述兩個(gè)動(dòng)力源結(jié)構(gòu)為第一和第二兩個(gè)電機(jī)(3、21)分別和第一和第二兩個(gè)減速器(4、22)連接在一起并分別通過螺栓連接固定在第一和第二電機(jī)支撐座(2、20)上,該兩個(gè)減速器(4、22)輸出軸分別經(jīng)過第一和第二兩個(gè)套筒(5、25)通過平鍵與第一和第二兩個(gè)支鏈中的第一和第二兩個(gè)主動(dòng)連桿(6、24)連接。所述位置檢測裝置結(jié)構(gòu)為所述旋轉(zhuǎn)編碼器(13)通過螺栓連接固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)上,所述旋轉(zhuǎn)編碼器(13)軸通過所述聯(lián)軸器(14)和所述主連桿(15)連接。實(shí)施例三
如圖1一3所示,本新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)第一電機(jī)(3)和第二電機(jī)(21)分別和第一減速器(4)和第二減速器(22)連接在一起并分別通過螺栓連接固定在第一電機(jī)支撐座(2)和第二電機(jī)支撐座(20)上,旋轉(zhuǎn)編碼器(13)通過螺栓連接固定在旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)上,第一電機(jī)支撐座(2)、第二電機(jī)支撐座(20)和旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)分別通過螺釘固定在法蘭盤(1)上表面,第一電機(jī)支撐座(2)、第二電機(jī)支撐座(20)和旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)均間隔120°。第一、第二、第三三根動(dòng)平臺連桿(10、觀、19) 一端分別通過螺釘固定在動(dòng)平臺(11)下表面,三根動(dòng)平臺連桿(10、觀、19)成120°周向均勻分布,動(dòng)平臺呈內(nèi)凹形。第一主動(dòng)連桿(6)和第一從動(dòng)連桿(8)通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(7)串聯(lián),構(gòu)成三個(gè)支鏈中第一支鏈,該第一支鏈的一端經(jīng)過第一套筒(5)通過平鍵與第一減速器(4)輸出軸連接,該第一支鏈的另一端通過第一球面副(9)與第一動(dòng)平臺連桿(10)連接;第二主動(dòng)連桿04)和第二從動(dòng)連桿(26)通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(25)串聯(lián),構(gòu)成三個(gè)支鏈中第二支鏈,該第二支鏈的一端經(jīng)過第二套筒(23)通過平鍵與第二減速器(22)輸出軸連接,該第二支鏈的另一端通過第二球面副(27)與第二動(dòng)平臺連桿(28)連接;第三條支鏈主連桿(15)和次連桿(17)通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(16)串聯(lián),該支鏈的一端通過聯(lián)軸器(14)與旋轉(zhuǎn)編碼器(13)軸連接,該第三支鏈的另一端通過第三球面副(18)與第三動(dòng)平臺連桿(19)連接。
本實(shí)施例的工作原理為兩個(gè)電機(jī)(3、21)經(jīng)過兩個(gè)減速器(4、22)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一和第二支鏈運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)動(dòng)平臺運(yùn)動(dòng),動(dòng)平臺從而帶動(dòng)第三個(gè)支鏈運(yùn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)編碼器(13)檢測第三支鏈的連桿(15)的轉(zhuǎn)角,同時(shí)該傳感器將該值傳給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)根據(jù)這個(gè)值計(jì)算機(jī)構(gòu)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué),求解出期望的兩個(gè)電機(jī)的輸入值,然后交給控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)進(jìn)而控制電機(jī)的輸入,以達(dá)到動(dòng)平臺的期望位置,從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)構(gòu)的控制。
權(quán)利要求
1.一種新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),包括一個(gè)基座、一個(gè)動(dòng)平臺(11),三條結(jié)構(gòu)相同軸對稱均勻布置的運(yùn)動(dòng)支鏈、兩個(gè)動(dòng)力源和一個(gè)位置檢測裝置,其特征在于三條運(yùn)動(dòng)支鏈分別與動(dòng)平臺(11)活動(dòng)連接,這樣不僅便于加工裝配而且運(yùn)動(dòng)靈活;動(dòng)平臺(11)朝基座方向下沉,呈內(nèi)凹形,這可以使結(jié)構(gòu)更加緊湊并增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的剛度;所述兩個(gè)電機(jī)(3、21)的直接驅(qū)動(dòng)兩條運(yùn)動(dòng)支鏈,構(gòu)成三條運(yùn)動(dòng)支鏈為欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使動(dòng)平臺(11)作三自由度運(yùn)動(dòng),降低成本并減少了機(jī)構(gòu)的重量;所述位置檢測裝置與欠驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)支鏈連接,實(shí)現(xiàn)位置檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),其特征在于所述基座的結(jié)構(gòu)是兩個(gè)電機(jī)支撐座(2、20)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)分別通過螺釘固定在一個(gè)法蘭盤(1)上表面,所述兩個(gè)電機(jī)支撐座(2、20)和旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)均間隔120°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),其特征在于所述動(dòng)平臺(11)與三條運(yùn)動(dòng)支鏈活動(dòng)連接的結(jié)構(gòu)是第一、第二和第三三根動(dòng)平臺連桿(10、觀、19) 一端分別通過螺釘固定在動(dòng)平臺(11)下表面,三根動(dòng)平臺連桿(10、觀、19)成120°周向均勻分布,三根動(dòng)平臺連桿(10、觀、19)另一端分別通過第一、第二和第三球面副(9、27、18)與所述三條支鏈的連桿(8、26、17)連接,使動(dòng)平臺呈內(nèi)懸置凹形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),其特征在于所述三條運(yùn)動(dòng)支鏈的結(jié)構(gòu)是一根第一主動(dòng)連桿(6)和一根第一從動(dòng)連桿(8)通過一個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(7)串聯(lián),構(gòu)成三個(gè)支鏈中第一支鏈,該第一支鏈的一端經(jīng)過一個(gè)第一套筒(5)通過平鍵與一個(gè)第一減速器(4)輸出軸連接,該第一支鏈的另一端通過所述第一球面副(9)與第一動(dòng)平臺連桿(10)連接;一根第二主動(dòng)連桿04)和一根第二從動(dòng)連桿(26)通過一個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(25)串聯(lián),構(gòu)成三條支鏈中第二支鏈,該第二支鏈的一端經(jīng)過一個(gè)第二套筒(23)通過平鍵與一個(gè)第二減速器(22)輸出軸連接,該第二支鏈的另一端通過一個(gè)第二球面副(27)與第二動(dòng)平臺連桿(28)連接;第三支鏈?zhǔn)且桓鬟B桿(15)和一根次連桿(17)通過一個(gè)第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(16)串聯(lián),該第三支鏈的一端通過一個(gè)聯(lián)軸器(14)與一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器(13)軸連接,該第三支鏈的另一端通過第三球面副(18 )與第三動(dòng)平臺連桿(19 )連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),其特征在于所述兩個(gè)動(dòng)力源結(jié)構(gòu)為第一和第二兩個(gè)電機(jī)(3、21)分別和第一和第二兩個(gè)減速器(4、22)連接在一起并分別通過螺栓連接固定在第一和第二電機(jī)支撐座(2、20)上,該兩個(gè)減速器(4、22)輸出軸分別經(jīng)過第一和第二兩個(gè)套筒(5、25)通過平鍵與第一和第二兩個(gè)支鏈中的第一和第二兩個(gè)主動(dòng)連桿(6、24)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),其特征在于所述位置檢測裝置結(jié)構(gòu)為所述旋轉(zhuǎn)編碼器(13)通過螺栓連接固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器支撐座(12)上,所述旋轉(zhuǎn)編碼器(13)軸通過所述聯(lián)軸器(14)和所述主連桿(15)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它包括一個(gè)基座、一個(gè)動(dòng)平臺、三條結(jié)構(gòu)完全相同呈軸對稱分布的支鏈、兩個(gè)動(dòng)力源和一個(gè)位置檢測裝置。三條支鏈分別和動(dòng)平臺活動(dòng)連接,動(dòng)平臺朝基座方向下沉,呈內(nèi)凹形,兩個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源直接驅(qū)動(dòng)兩條運(yùn)動(dòng)支鏈,構(gòu)成三條運(yùn)動(dòng)支鏈為欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),使動(dòng)平臺作三自由度運(yùn)動(dòng);位置檢測裝置與欠驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)支鏈連接,實(shí)現(xiàn)位置檢測。該發(fā)明易于加工裝配,運(yùn)動(dòng)靈活,結(jié)構(gòu)緊湊且剛度好,采用欠驅(qū)動(dòng)的方式,降低了成本減少了手腕部分的重量,可以用于并聯(lián)機(jī)器人、微動(dòng)機(jī)器人等場合。
文檔編號B25J9/08GK102554914SQ20121000281
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者何斌, 劉麗蘭, 呂海峰, 曹進(jìn)濤, 李靜, 楊浩, 沈南燕, 田應(yīng)仲, 胡小梅, 蔡紅霞 申請人:上海大學(xué)