CN100360286C - 一种三自由度钢带并联机器人机构 - Google Patents

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Abstract

一种三自由度钢带并联机器人机构，包括底座和动平台，所述的底座上铰接有三个伺服电机总成，所述的三个伺服电机总成分别位于一个三角形的三个顶点上，每个伺服电机总成包括伺服电机和安装在伺服电机的机座上的卷轴，所述的卷轴与所述伺服电机的输出轴平行，该卷轴通过传动机构与所述伺服电机的输出轴连接，所述的动平台上还固接有三个虎克铰座，每个虎克铰座通过一条钢带与一个伺服电机总成连接，所述钢带的首端与所述卷轴固接，所述钢带的末端与所述的虎克铰座铰接。本发明的有益效果在于：本发明提供的三自由度钢带并联机构的工作空间大，工程应用简单，控制方式简单，提高了运动精度。

Description

一种三自由度钢带并联机器人机构
(一)技术领域
本发明涉及一种并联机器人机构。
(二)背景技术
国内外现有的并联机器人按运动链的结构形式分为杆支撑并联机构和绳牵引并联机构两大类。杆支撑并联机构凭借其结构刚性好、承载能力强、累积误差小、运动反解模型简单、部件简单等优势，逐渐在国内外机床行业占领市场，并将成为21世纪高速轻型数控加工的主力装备。但其存在工作空间较小、奇异点上无法达到驱动的目的和正向运动学的计算非常复杂等问题，为工程应用带来了很多困难，控制起来非常复杂。绳牵引并联机构具有结构简单、惯性小、平动工作空间大和运动速度快等特点。但由于绳只能承受拉力，不能承受压力，其机构必须采用冗余约束控制方案，其运动学正解分析和奇异性分析的难度比较大，其机构的控制***是具有过约束牵引的高度耦合的非线性***，必须对动力学模型进行线性化和解耦处理。绳牵引并联机构在工程应用中还必须解决绳的弹性变形、绳长的精确控制、绳必须保持直线等关键问题，控制起来也是非常复杂。
并联机器人的以上特点限制了该机构在其他工业领域中更进一步的应用，如造船业中的起重机、需精确定位及主动调整位姿的集装箱吊装、复杂地形人员的主动搜救和太空望远镜等。这些应用领域均需要机构有较大的工作空间和较简单的结构形式与控制方式。
(三)发明内容
为了克服现有技术中并联机器人机构控制方式复杂的不足，本发明提供一种控制简单、工作空间大的三自由度钢带并联机器人机构。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
一种三自由度钢带并联机器人机构，包括底座和动平台，所述的底座上铰接有三个伺服电机总成，所述的三个伺服电机总成分别位于一个三角形的三个顶点上，每个伺服电机总成包括伺服电机和安装在伺服电机的机座上的卷轴，所述的卷轴与所述伺服电机的输出轴平行，该卷轴通过传动机构与所述伺服电机的输出轴连接，用于连接所述底座和伺服电机总成的铰轴与伺服电机的输出轴垂直；
所述的动平台上还固接有三个虎克铰座，每个虎克铰座与一个伺服电机总成相对应，每个虎克铰座通过一条钢带与对应的一个伺服电机总成连接，所述钢带的首端与所述卷轴固接，所述钢带的末端与所述的虎克铰座铰接；
所述的虎克铰座包括第一铰座和位于所述第一铰座下方的第二铰座，所述的第一铰座上有第一铰轴，所述的第二铰座上有第二铰轴，所述的第一铰轴和第二铰轴相互垂直，所述钢带的末端横向铰接在所述的第一铰轴上，所述的第一铰座横向铰接在所述的第二铰轴上，所述的第二铰座与所述的动平台固接。
进一步，所述以三个伺服电机为三个顶点的三角形为等边三角形。
进一步，所述钢带的末端有铰块，所述的铰块铰接在所述的第一铰轴上。
进一步，所述钢带的末端横截面呈圆弧状。
进一步，所述的卷轴和所述伺服电机的输出轴通过传动带连接。
本发明的工作原理是通过伺服电机的转动来控制钢带长度的变化，从而实现动平台的三自由度平移运动。整个机构在工作时，伺服电机总成绕其铰轴转动；钢带的一端绕卷轴卷动，另一端绕第一铰轴转动；第一铰座绕第二铰轴转动。
本发明的有益效果在于：1.本发明提供的三自由度钢带并联机构的工作空间大，工程应用简单，控制方式简单。
2.本发明的各个运动副之间基本无间隙，提高了运动精度。
3.本发明的各个运动副在运作时产生摩擦的摩擦较较小，保护易产生热变形，提高了运动精度。
4.本发明的并联机构结构简单、布局合理。
(四)附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是虎克球座部的局部放大图。
(五)具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参照图1、2，一种三自由度钢带并联机器人机构，包括底座1和动平台2，所述的底座1上铰接有三个伺服电机总成，所述的三个伺服电机总成分别位于一等边三角形的三个顶点上。每个伺服电机总成包括伺服电机3和安装在伺服电机的机座上的卷轴4，所述的卷轴4与所述伺服电机3的输出轴平行，该卷轴4通过传动带5与所述伺服电机3的输出轴连接，用于连接所述底座1和伺服电机总成的铰轴与伺服电机的输出轴垂直。
所述的动平台2上还固接有三个虎克铰座，每个虎克铰座与一个伺服电机总成相对应，每个虎克铰座通过一条钢带6与对应的一个伺服电机总成连接，所述钢带6的首端与所述卷轴4固接，所述钢带6的末端与所述的虎克铰座铰接。
所述的虎克铰座包括第一铰座7和位于所述第一铰座下方的第二铰座8，所述的第一铰座7上有第一铰轴9，所述的第二铰座8上有第二铰轴10，所述的第一铰轴9和第二铰轴10相互垂直，所述钢带6的末端横截面呈圆弧状且有铰块11，所述的铰块11横向铰接在所述的第一铰轴9上，通过铰块将钢带连接到铰轴上对钢带运动的稳定性有益，而圆弧状的末端使钢带6在承受侧向力时具有一定的刚度。所述的第一铰座7横向铰接在所述的第二铰轴10上，所述的第二铰座8与所述的动平台2固接。
本实施例所述的并联机器人结构的工作原理是通过伺服电机的转动来控制钢带长度的变化，从而实现动平台的三自由度平移运动。整个机构在工作时，伺服电机总成绕其铰轴转动；钢带的一端绕卷轴卷动，另一端绕第一铰轴转动；第一铰座绕第二而铰轴转动。
当所述以三个伺服电机总成为三个顶点的三角形为等边三角形时整个机构的结构最为合理，实际上，只要三个伺服电机总成分别位于一个三角形的三个顶点上(即不位于同一直线上)，本发明所述的并联机器人结构就可以实现运转。

Claims (5)

1.一种三自由度钢带并联机器人机构，包括底座和动平台，其特征在于：所述的底座上铰接有三个伺服电机总成，所述的三个伺服电机总成分别位于一个三角形的三个顶点上，每个伺服电机总成包括伺服电机和安装在伺服电机的机座上的卷轴，所述的卷轴与所述伺服电机的输出轴平行，该卷轴通过传动机构与所述伺服电机的输出轴连接，用于连接所述底座和伺服电机总成的铰轴与伺服电机的输出轴垂直；
所述的动平台上还固接有三个虎克铰座，每个虎克铰座与一个伺服电机总成相对应，每个虎克铰座通过一条钢带与对应的一个伺服电机总成连接，所述钢带的首端与所述卷轴固接，所述钢带的末端与所述的虎克铰座铰接；
所述的虎克铰座包括第一铰座和位于所述第一铰座下方的第二铰座，所述的第一铰座上有第一铰轴，所述的第二铰座上有第二铰轴，所述的第一铰轴和第二铰轴相互垂直，所述钢带的末端横向铰接在所述的第一铰轴上，所述的第一铰座横向铰接在所述的第二铰轴上，所述的第二铰座与所述的动平台固接。
2.如权利要求1所述的三自由度钢带并联机器人机构，其特征在于：所述以三个伺服电机为三个顶点的三角形为等边三角形。
3.如权利要求2所述的三自由度钢带并联机器人机构，其特征在于：所述钢带的末端有铰块，所述的铰块铰接在所述的第一铰轴上。
4.如权利要求3所述的三自由度钢带并联机器人机构，其特征在于：所述钢带的末端横截面呈圆弧状。
5.如权利要求4所述的三自由度钢带并联机器人机构，其特征在于：所述的卷轴和所述伺服电机的输出轴通过传动带连接。
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