三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由實(shí)現(xiàn)一維平動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)所組成，所述兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間具有三組或四組運(yùn)動(dòng)支鏈，所述支鏈中包含一組RRR或PRR支鏈，其余均為具有空間六自由度的UPS支鏈，所述UPS支鏈的兩端在動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的連接點(diǎn)分別稱為動(dòng)平臺(tái)連接點(diǎn)和定平臺(tái)連接點(diǎn)，任意兩個(gè)動(dòng)平臺(tái)連接點(diǎn)連接形成直線L，RRR或PRR支鏈在動(dòng)平臺(tái)上的連接點(diǎn)為直線L中垂線上的任意一點(diǎn)，但不是垂足；各支鏈在定平臺(tái)上的連接點(diǎn)與動(dòng)平臺(tái)連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)分布。該并聯(lián)機(jī)構(gòu)適用于機(jī)床和機(jī)器人等。
【專利說明】三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，具體講是一種三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)是指動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)之間由兩個(gè)或兩個(gè)以上分支相連，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于具有剛度大、承載能力強(qiáng)、誤差累積小、動(dòng)態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于眾多【技術(shù)領(lǐng)域】。早期的并聯(lián)機(jī)構(gòu)通常是6自由度的Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)之間以六個(gè)分支相連,每個(gè)分支兩端是兩個(gè)球鉸，中間是一移動(dòng)副。驅(qū)動(dòng)副推動(dòng)移動(dòng)副做相對(duì)移動(dòng)，改變分支的長(zhǎng)度，使動(dòng)平臺(tái)的位置和姿態(tài)變化。Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)有工作空間小、運(yùn)動(dòng)正解困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。為了克服6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的這些缺點(diǎn)，近年來許多研究人員把注意力轉(zhuǎn)向了少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。具有三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛?，F(xiàn)有的具有三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)大多采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作空間小，制造成本高，實(shí)用性差。另外，在輕工、醫(yī)藥、食品和電子等行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，諸如分揀、包裝、封裝等作業(yè)往往需要末端執(zhí)行器不但能實(shí)現(xiàn)兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的特殊的軌跡運(yùn)動(dòng)，而且也能實(shí)現(xiàn)垂直于特殊軌跡所在平面的長(zhǎng)距離運(yùn)輸。由于該類末端執(zhí)行器的工作空間大，所以它不適合采用四自由度完全對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于:針對(duì)現(xiàn)有的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)對(duì)稱結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的工作空間小問題，本發(fā)明提出了一種具有高剛度，非對(duì)稱且動(dòng)態(tài)性能好的三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:將三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度分解為一維平動(dòng)自由度和具有兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度，其中一維平動(dòng)由直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，而兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度由并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。上述兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)間具有三組或四組運(yùn)動(dòng)支鏈，所述支鏈中包含一組RRR或PRR支鏈，其余均為具有空間六自由度的UPS支鏈。另外，所述UPS支鏈的兩端在動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的連接點(diǎn)分別稱為動(dòng)平臺(tái)連接點(diǎn)和定平臺(tái)連接點(diǎn)，任意兩個(gè)動(dòng)平臺(tái)連接點(diǎn)連接形成直線L,RRR或PRR支鏈在動(dòng)平臺(tái)上的連接點(diǎn)為直線L中垂線上的任意一點(diǎn)，但不是垂足；各支鏈在定平臺(tái)上的連接點(diǎn)與動(dòng)平臺(tái)連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)分布。
[0005]本發(fā)明動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間具有三組運(yùn)動(dòng)支鏈的優(yōu)選結(jié)構(gòu)是:第一組運(yùn)動(dòng)支鏈和第二組運(yùn)動(dòng)支鏈都是UPS支鏈，但第三組運(yùn)動(dòng)支鏈為RRR或PRR支鏈；這三組運(yùn)動(dòng)支鏈依次間隔120°均布于動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間，其兩端在動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的連接點(diǎn)分別構(gòu)成正三角形，如果運(yùn)動(dòng)支鏈末端是移動(dòng)副P，則可沿定平臺(tái)的直徑方向移動(dòng)。
[0006]本發(fā)明動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間具有四組運(yùn)動(dòng)支鏈的優(yōu)選結(jié)構(gòu)是:前三組運(yùn)動(dòng)支鏈為具有空間六自由度的UPS支鏈，布置方式同上述三組運(yùn)動(dòng)支鏈；而RRR或PRR支鏈為第四組運(yùn)動(dòng)支鏈，用來作為中間約束支鏈，其兩端分別連接動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的中心位置。移動(dòng)副P則可沿定平臺(tái)的直徑方向移動(dòng)。
[0007]在本發(fā)明中，如果運(yùn)動(dòng)支鏈為RRR支鏈，則該支鏈中三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線互相平行；如果運(yùn)動(dòng)支鏈為PRR支鏈，則該支鏈中移動(dòng)副的移動(dòng)方向垂直于另外兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線。
[0008]本發(fā)明所采用的非對(duì)稱支鏈結(jié)構(gòu)使得機(jī)構(gòu)的工作空間比對(duì)稱的并聯(lián)機(jī)構(gòu)大；該機(jī)構(gòu)控制簡(jiǎn)單，標(biāo)定容易，易于控制，動(dòng)態(tài)性能好；它既能作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，又能繞該平面中的某個(gè)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明適用于機(jī)床和機(jī)器人等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖，也是實(shí)施例1的示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明的又一種結(jié)構(gòu)示意圖，也是實(shí)施例2的示意圖。
[0011]圖3是本發(fā)明的又一種結(jié)構(gòu)示意圖，也是實(shí)施例3的示意圖。
[0012]圖4是本發(fā)明的又一種結(jié)構(gòu)示意圖，也是實(shí)施例4的示意圖。
[0013]圖5是圖1中兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖6是圖2中兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖7是圖3中兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖8是圖4中兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
如圖1所示的三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它由兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所組成。直線導(dǎo)軌17、滾珠絲桿18以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)19組成了直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。其定平臺(tái)I上方設(shè)有動(dòng)平臺(tái)2，定平臺(tái)經(jīng)三組運(yùn)動(dòng)支鏈連接動(dòng)平臺(tái)。第一組運(yùn)動(dòng)支鏈上設(shè)有移動(dòng)副4，移動(dòng)副4連接連桿6和連桿7，連桿6通過萬向節(jié)3與定平臺(tái)直接相連接，連桿7通過球副5與動(dòng)平臺(tái)連接。萬向節(jié)3、移動(dòng)副4和球副5構(gòu)成第一組UPS運(yùn)動(dòng)支鏈。第二組運(yùn)動(dòng)支鏈的結(jié)構(gòu)與第一組相同，它通過萬向節(jié)8與定平臺(tái)相連接，連桿12通過球副10與動(dòng)平臺(tái)連接，移動(dòng)副9連接連桿11和連桿12。第三組運(yùn)動(dòng)支鏈通過轉(zhuǎn)動(dòng)副14與定平臺(tái)相連接，與動(dòng)平臺(tái)2相連接的運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副16，第三組運(yùn)動(dòng)支鏈的中間運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副15。
[0018]實(shí)施例2
如圖2所示的三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其由兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)和直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所組成。兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。其中第三組運(yùn)動(dòng)支鏈通過轉(zhuǎn)動(dòng)副16與動(dòng)平臺(tái)連接，第三組運(yùn)動(dòng)支鏈的中間運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副15，而第三組運(yùn)動(dòng)支鏈中與定平臺(tái)I相連接的運(yùn)動(dòng)副為移動(dòng)副13。其它結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不再贅述。
[0019]實(shí)施例3
如圖3所示的三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其由兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)和直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所組成。兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。其定平臺(tái)I經(jīng)四組運(yùn)動(dòng)支鏈連接動(dòng)平臺(tái)2，第一組運(yùn)動(dòng)支鏈通過萬向節(jié)3與定平臺(tái)I相連接，第一組運(yùn)動(dòng)支鏈中與動(dòng)平臺(tái)2相連接的運(yùn)動(dòng)副為球副5，第一組運(yùn)動(dòng)支鏈中設(shè)有中間移動(dòng)副4。第二組和第三組運(yùn)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)與第一組運(yùn)動(dòng)支鏈相同。第四組運(yùn)動(dòng)支鏈為中間約束支鏈，它通過轉(zhuǎn)動(dòng)副14與定平臺(tái)I相連接，它與動(dòng)平臺(tái)2相連接的運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副16，第四組運(yùn)動(dòng)支鏈中的中間運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副15。
[0020]實(shí)施例4
如圖4所示的三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其由兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所組成。兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。其中第四組運(yùn)動(dòng)支鏈也為中間約束支鏈，它通過轉(zhuǎn)動(dòng)副16與動(dòng)平臺(tái)2相連接，它的中間運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副15，而它與定平臺(tái)I相連接的運(yùn)動(dòng)副為移動(dòng)副13。其它結(jié)構(gòu)同實(shí)施例3，不再贅述。
[0021]本發(fā)明并不局限于上述【具體實(shí)施方式】，上述實(shí)施例僅僅為示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的更改元件造型、連接方式等，可以作出很多類似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)由實(shí)現(xiàn)一維平動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)所組成，其特征在于:所述兩維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間具有三組或四組運(yùn)動(dòng)支鏈，所述支鏈中包含一組RRR或PRR支鏈，其余均為具有空間六自由度的UPS支鏈，所述UPS支鏈的兩端在動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的連接點(diǎn)分別稱為動(dòng)平臺(tái)連接點(diǎn)和定平臺(tái)連接點(diǎn)，任意兩個(gè)動(dòng)平臺(tái)連接點(diǎn)連接形成直線L，RRR或PRR支鏈在動(dòng)平臺(tái)上的連接點(diǎn)為直線L中垂線上的任意一點(diǎn)，但不能為垂足；各支鏈在定平臺(tái)上的連接點(diǎn)與動(dòng)平臺(tái)連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間具有三組運(yùn)動(dòng)支鏈，第一組和第二組運(yùn)動(dòng)支鏈都是UPS支鏈，而第三組運(yùn)動(dòng)支鏈為RRR或PRR支鏈；三組運(yùn)動(dòng)支鏈依次間隔120°均布于動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間，其兩端在動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的連接點(diǎn)分別構(gòu)成正三角形，如果運(yùn)動(dòng)支鏈末端是移動(dòng)副P，則可沿定平臺(tái)的直徑方向移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間具有四組運(yùn)動(dòng)支鏈，前三組運(yùn)動(dòng)支鏈為具有空間六自由度的UPS支鏈，三組運(yùn)動(dòng)支鏈依次間隔120°均布于動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間，其兩端在動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的連接點(diǎn)分別構(gòu)成正三角形，RRR或PRR支鏈為第四組運(yùn)動(dòng)支鏈，其兩端分別連接動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的中心位置，移動(dòng)副P則可沿定平臺(tái)的直徑方向移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述RRR支鏈中的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線互相平行。
5.根據(jù)權(quán) 利要求1-3任一所述的三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述PRR支鏈中的移動(dòng)副的移動(dòng)方向垂直于另外兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線。
【文檔編號(hào)】B25J9/00GK104015186SQ201410290030
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】陳原, 張榮敏, 高軍 申請(qǐng)人:山東大學(xué)（威海）