具有被動支鏈的三自由度球面并聯(lián)機(jī)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(jī)器人設(shè)計制造領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種具有被動支鏈的三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)通常由動平臺和固定平臺通過多條支鏈聯(lián)結(jié)而成，較串聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度、承載能力強(qiáng)、累積誤差小等優(yōu)點(diǎn)，故得到廣泛的工程實(shí)際應(yīng)用中。三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其動平臺可實(shí)現(xiàn)繞固定點(diǎn)的三個轉(zhuǎn)動，因此，可用于靈活眼、腰關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的修復(fù)，也可用于機(jī)械加工的回轉(zhuǎn)工作臺、機(jī)床加工中的機(jī)床底座和工作的定位，還可用于衛(wèi)星定位裝置等。
[0003]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN101306534，公開(公告)日2008.11.19，公開了一種具有中心球面鉸鏈的偏置輸出三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它由三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)、中心球面鉸鏈和偏置輸出桿單元組成，其中心球面鉸鏈的下支撐桿3下端與定平臺I固定，下支撐桿3的軸線通過定平臺I的中心點(diǎn)；圓柱直輸出桿8穿過動平臺7中心并與其固定或以棱柱移動副連接；直輸出桿8上端與偏置輸出桿9在中心線交點(diǎn)A固聯(lián)，圓柱直輸出桿8與偏置輸出桿9的軸線夾角ah，ah取值范圍為0°?100°，偏置方向?yàn)槿我獾?。但該技術(shù)具有三條含三個轉(zhuǎn)動自由度的支鏈，使得機(jī)構(gòu)的運(yùn)動范圍受到一定的限制，且中心球面鉸鏈處安裝制造不便。
[0004]中國專利文獻(xiàn)號CN102962840A，公開(公告)日2013.03.13，公開了一種具有對稱結(jié)構(gòu)且無伴隨運(yùn)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其有定、動兩平臺和連接這兩平臺的三條結(jié)構(gòu)完全相同的活動分支，每條活動分支均由一個與定平臺相連的定平臺移動副、一個與動平臺相連的動平臺移動副以及連接定平臺移動副和動平臺移動副的一個三自由度球面子鏈構(gòu)成，該球面子鏈包含三個軸線匯交于一點(diǎn)的轉(zhuǎn)動副，其交點(diǎn)為分支中心點(diǎn)；上述三條分支的中心點(diǎn)構(gòu)成一個中間平面，上述定、動兩平臺關(guān)于該中間平面對稱，上述定平臺移動副和動平臺移動副分別與定、動兩平臺傾斜布置。但該技術(shù)中每條支鏈中均具有二個移動副，且承載能力不尚。
[0005]中國專利文獻(xiàn)號CN101924266A，公開(公告)日2010.12.22，公開了一種球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。它由一個天線反射體聯(lián)結(jié)一個天線座架構(gòu)成，天線座架由上、下兩個平臺通過結(jié)構(gòu)相同的三個支路機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)構(gòu)成。每條支路有上平臺、上園弧形支架、下園弧形支架和下平臺均通過3個轉(zhuǎn)動副聯(lián)結(jié)組成，其中一個轉(zhuǎn)動副聯(lián)結(jié)一個電機(jī)。上平臺與天線反射體固定連接，下平臺與地基機(jī)架或天線載體機(jī)架連接，電機(jī)直接驅(qū)動或通過變速器驅(qū)動下園弧形支架、上園弧形支架和上平臺及天線反射體作球面三自由度轉(zhuǎn)動。該技術(shù)能圓滿解決獲取衛(wèi)星、運(yùn)載火箭等飛行器的遙感遙測信號和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)天線“過頂”空域連續(xù)跟蹤，達(dá)到半球工作空域或半球以上工作空域。但該技術(shù)中的每條支鏈均由3R副組成，且機(jī)構(gòu)中的9個轉(zhuǎn)動副需交于一點(diǎn)，這增加了機(jī)構(gòu)的安裝難度，且運(yùn)動范圍受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種具有被動支鏈的三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有剛度高，工作空間大，安裝容易等特點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明包括:動平臺、靜平臺、三根結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動支鏈和一根轉(zhuǎn)動支鏈，其中:運(yùn)動支鏈的兩端分別通過球副與動平臺和靜平臺相連，轉(zhuǎn)動支鏈的一端與靜平臺通過轉(zhuǎn)動副相連，另一端與動平臺固定連接。
[0009]所述的運(yùn)動支鏈為兩段式直線移動副結(jié)構(gòu)，包括:外桿和與之套接的內(nèi)桿。
[0010]所述的轉(zhuǎn)動支鏈包括:與靜平臺相連的雙耳支架以及一端與動平臺固定連接的第四直桿，其中:交叉疊加的雙耳支架的四個末端分別通過四個轉(zhuǎn)動副與靜平臺相連，第四直桿，通過第五轉(zhuǎn)動副與雙耳支架的交叉疊加處相連。
[0011]所述的運(yùn)動支鏈采用滾珠絲桿驅(qū)動，所述的轉(zhuǎn)動支鏈為被動支鏈。
技術(shù)效果
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過特殊設(shè)計的中間支鏈與三條含兩個球副和和一個移動副的支鏈組合，使機(jī)構(gòu)獲得更大的運(yùn)動范圍和承載能力。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊，裝配容易，剛度好，工作空間大，機(jī)構(gòu)運(yùn)動靈活，可應(yīng)用于機(jī)器人的眼、腰關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)，運(yùn)動范圍較大且可用于衛(wèi)星定位裝置等需要三自由度球面轉(zhuǎn)動的場合。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為中間支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖中:動平臺、靜平臺、運(yùn)動支鏈P1、轉(zhuǎn)動支鏈、外桿Ln、內(nèi)桿L12、第四直桿L4、雙耳支架。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)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(shí)施例。
實(shí)施例1
[0017]如圖1所示，本實(shí)施例包括:動平臺、靜平臺、三根結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動支鏈P1和一根轉(zhuǎn)動支鏈，其中:運(yùn)動支鏈和轉(zhuǎn)動支鏈的兩端分別于動平臺和靜平臺相連。
[0018]所述的運(yùn)動支鏈匕為周向均勻分布，即從圓周圓心到鉸接點(diǎn)的直徑夾角為120度；所述的轉(zhuǎn)動支鏈位于三個運(yùn)動支鏈的中間。
[0019]所述的運(yùn)動支鏈P1的兩端分別通過球副S 1、S2與動平臺和靜平臺相連。
[0020]所述的運(yùn)動支鏈P1為兩段式直線移動副結(jié)構(gòu)，包括:外桿L η和與之套接的內(nèi)桿
L12 ο
[0021]所述的轉(zhuǎn)動支鏈的一端與靜平臺通過轉(zhuǎn)動副相連，另一端與動平臺固定連接。
[0022]所述的轉(zhuǎn)動支鏈包括:與靜平臺相連的雙耳支架以及一端與動平臺固定連接的第四直桿L4，其中:交叉疊加的雙耳支架的四個末端分別通過四個轉(zhuǎn)動副&?R4與靜平臺相連，第四直桿L4，通過第五轉(zhuǎn)動副R5與雙耳支架的交叉疊加處相連。
[0023]所述的第四支鏈中雙耳支架與靜平臺相連接的轉(zhuǎn)動運(yùn)動副RpR2和交匯處的R 3相交于O點(diǎn)，該點(diǎn)就是動平臺運(yùn)動時的轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)。
[0024]所述的運(yùn)動支鏈P1采用滾珠絲桿驅(qū)動，所述的轉(zhuǎn)動支鏈為被動支鏈。
[0025]本裝置基于上述結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)動平臺繞固定點(diǎn)作球面三維的轉(zhuǎn)動。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有被動支鏈的三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括:動平臺、靜平臺、三根結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動支鏈和一根轉(zhuǎn)動支鏈，其中:運(yùn)動支鏈的兩端分別通過球副與動平臺和靜平臺相連，轉(zhuǎn)動支鏈的一端與靜平臺通過轉(zhuǎn)動副相連，另一端與動平臺固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的運(yùn)動支鏈為周向均勻分布；所述的轉(zhuǎn)動支鏈位于三個運(yùn)動支鏈的中間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的運(yùn)動支鏈為兩段式直線移動副結(jié)構(gòu)，包括:外桿和與之套接的內(nèi)桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的轉(zhuǎn)動支鏈包括:與靜平臺相連的雙耳支架以及一端與動平臺固定連接的第四直桿，其中:交叉疊加的雙耳支架的四個末端分別通過四個轉(zhuǎn)動副與靜平臺相連，第四直桿，通過第五轉(zhuǎn)動副與雙耳支架的交叉疊加處相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的第四支鏈中雙耳支架與靜平臺相連接的轉(zhuǎn)動運(yùn)動副交匯處的相交于一點(diǎn)，該點(diǎn)就是動平臺運(yùn)動時的轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的運(yùn)動支鏈采用滾珠絲桿驅(qū)動，所述的轉(zhuǎn)動支鏈為被動支鏈。
【專利摘要】一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的具有被動支鏈的三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括：動平臺、靜平臺、三根結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動支鏈和一根轉(zhuǎn)動支鏈，其中：運(yùn)動支鏈的兩端分別通過球副與動平臺和靜平臺相連，轉(zhuǎn)動支鏈的一端與靜平臺通過轉(zhuǎn)動副相連，另一端與動平臺固定連接。運(yùn)動支鏈為周向均勻分布；所述的轉(zhuǎn)動支鏈位于三個運(yùn)動支鏈的中間。本裝置可實(shí)現(xiàn)動平臺繞固定點(diǎn)作球面三維的轉(zhuǎn)動，具有剛度高，工作空間大，安裝容易等特點(diǎn)。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單且各運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)對稱可應(yīng)用于機(jī)器人肩關(guān)節(jié)、衛(wèi)星定位裝置等空間姿態(tài)定位的應(yīng)用場合。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號】CN104827462
【申請?zhí)枴緾N201510230820
【發(fā)明人】郭為忠, 林榮富, 高峰
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月7日