一種兩維轉(zhuǎn)動(dòng)三維移動(dòng)五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人和機(jī)械制造領(lǐng)域，特別是一種兩維轉(zhuǎn)動(dòng)三維移動(dòng)五自由度并聯(lián)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上分支組成，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)的結(jié)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)器人相對串聯(lián)機(jī)器人具有機(jī)構(gòu)剛度大、承載能力強(qiáng)、末端質(zhì)量輕、慣性小、位置誤差不累積等特點(diǎn)，應(yīng)用上與串聯(lián)機(jī)器人優(yōu)勢互補(bǔ)。Stewart平臺(tái)是一種典型的6自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)首次用于并聯(lián)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床，并被認(rèn)為是二十世紀(jì)以來機(jī)床結(jié)構(gòu)的一次革命，隨后發(fā)明了多種6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。但由于結(jié)構(gòu)的限制，6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)有許多技術(shù)問題沒能很好解決，如運(yùn)動(dòng)耦合性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)正解復(fù)雜、工作空間小、傳動(dòng)特性差等。與六自由度并聯(lián)機(jī)器人、機(jī)床相比，五自由度并聯(lián)機(jī)器人、機(jī)床具有結(jié)構(gòu)更簡單、更容易控制的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到輕工、醫(yī)藥、電子以及加工制造業(yè)等行業(yè)，故五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)已成機(jī)器人和制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種工作空間大、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)精度高、易于控制、能夠折疊的一種兩維轉(zhuǎn)動(dòng)三維移動(dòng)五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種兩維轉(zhuǎn)動(dòng)三維移動(dòng)五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括機(jī)座4和動(dòng)平臺(tái)9，其中，動(dòng)平臺(tái)9與機(jī)座4通過五個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的RUS型驅(qū)動(dòng)分支以及一個(gè)約束分支相連接；
[0006]所述五個(gè)RUS型驅(qū)動(dòng)分支包括轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一下連桿5、第一虎克鉸6、第一上連桿7和球副8，所述轉(zhuǎn)動(dòng)副為第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I或者第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2 ;
[0007]在動(dòng)平臺(tái)9的下表面，以動(dòng)平臺(tái)9的下表面中心為圓心的同一圓周上均勻布置有球副8 ；
[0008]在機(jī)座4的上表面，四個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I均勻地布置在以機(jī)座4的上表面中心為圓心的同一圓周上，相鄰第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I的間隔角度為90° ;
[0009]—個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2位于兩個(gè)相鄰的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I連線的垂直平分線上，且第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2與這兩個(gè)相鄰的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I的間隔角度分別為45° ;
[0010]機(jī)座4通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I或第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2和第一下連桿5相連，第一下連桿5通過第一虎克鉸6和第一上連桿7相連，第一上連桿7通過球副8和動(dòng)平臺(tái)9相連，第一虎克鉸6的第一虎克鉸轉(zhuǎn)動(dòng)副a的軸線方向和與其連接的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I或第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2的軸線方向平行。
[0011]所述約束分支包括第二虎克鉸10、第二上連桿11、第二下連桿12和第三虎克鉸
13；
[0012]第二虎克鉸10設(shè)于動(dòng)平臺(tái)9的下表面中心，第三虎克鉸13設(shè)于機(jī)座4的上表面中心；動(dòng)平臺(tái)9通過第二虎克鉸10和第二上連桿11相連，第二上連桿11通過移動(dòng)副和第二下連桿12相連，第二下連桿12通過第三虎克鉸13和機(jī)座4相連；第三虎克鉸13的第三虎克鉸轉(zhuǎn)動(dòng)副c的軸線方向、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2的軸線方向及第二虎克鉸10的第二虎克鉸轉(zhuǎn)動(dòng)副b的軸線方向平行。
[0013]所述約束分支包括第二虎克鉸10、第二上連桿11、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副3、第二下連桿12和第三虎克鉸13 ;
[0014]第二虎克鉸10設(shè)于動(dòng)平臺(tái)9的下表面中心，第三虎克鉸13設(shè)于機(jī)座4的上表面中心；動(dòng)平臺(tái)9通過第二虎克鉸10和第二上連桿11相連，第二上連桿11通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副3和第二下連桿12相連，第二下連桿12通過第三虎克鉸13和機(jī)座4相連；第三虎克鉸13的第三虎克鉸轉(zhuǎn)動(dòng)副c的軸線方向、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2的軸線方向及第二虎克鉸10的第二虎克鉸轉(zhuǎn)動(dòng)副b的軸線方向平行。
[0015]每個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2分別與電動(dòng)機(jī)14同軸聯(lián)接，電動(dòng)機(jī)14位于機(jī)座4上。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、承載能力高、易折疊，便于安裝及重組。
[0018]2、以伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)，過載能力強(qiáng)、移動(dòng)靈活、易實(shí)現(xiàn)高精度伺服控制、易于實(shí)現(xiàn)大驅(qū)動(dòng)。
[0019]3、本發(fā)明的一種兩維轉(zhuǎn)動(dòng)三維移動(dòng)五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)具有完全對稱的結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、反解簡單，運(yùn)動(dòng)形式明確，即可實(shí)現(xiàn)空間兩維轉(zhuǎn)動(dòng)三維移動(dòng)。
[0020]4、在高端數(shù)控制造及重型并聯(lián)裝備、航空航天模擬及探測裝備、軍事裝備、生物醫(yī)療及仿生操作裝置、多維力傳感器、微納米操作裝置、人體康復(fù)裝置及相應(yīng)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的兩維轉(zhuǎn)動(dòng)三維移動(dòng)五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的兩種兩維轉(zhuǎn)動(dòng)三維移動(dòng)五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]附圖標(biāo)記:
[0024]I第一轉(zhuǎn)動(dòng)副2第二轉(zhuǎn)動(dòng)副3第三轉(zhuǎn)動(dòng)副
[0025]4機(jī)座5第一下連桿6第一虎克鉸
[0026]7第一上連桿8球副9動(dòng)平臺(tái)
[0027]10第二虎克鉸11第二上連桿12第二下連桿
[0028]13第三虎克鉸14電動(dòng)機(jī)a第一虎克鉸轉(zhuǎn)動(dòng)副
[0029]b第二虎克鉸轉(zhuǎn)動(dòng)副 c第三虎克鉸轉(zhuǎn)動(dòng)副
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0031]為便于說明，用S、U、R、P分別表示分支運(yùn)動(dòng)鏈中的球副、虎克鉸、轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，它們的組合構(gòu)成分支運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)分支為含驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)分支，約束分支為不含驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)分支。
[0032]實(shí)施例1
[0033]圖1所示的兩維轉(zhuǎn)動(dòng)三維移動(dòng)五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括機(jī)座4和動(dòng)平臺(tái)9，動(dòng)平臺(tái)9與機(jī)座4通過五個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的RUS型驅(qū)動(dòng)分支以及一個(gè)約束分支相連接。
[0034]五個(gè)RUS型驅(qū)動(dòng)分支包括轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一下連桿5、第一虎克鉸6、第一上連桿7和球副8，所述轉(zhuǎn)動(dòng)副為第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I或者第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2。
[0035]在動(dòng)平臺(tái)9的下表面，以動(dòng)平臺(tái)9的下表面中心為圓心的同一圓周上均勻布置有球副8 ο
[0036]在機(jī)座4的上表面，四個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I均勻地布置在以機(jī)座4的上表面中心為圓心的同一圓周上，相鄰第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I的間隔角度為90°。
[0037]—個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2位于兩個(gè)相鄰的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I連線的垂直平分線上，且第二轉(zhuǎn)動(dòng)副2與這兩個(gè)相鄰的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副I的間隔角度分別為45°。
[0038]機(jī)座4