CN101259617A - 一种分岔四自由度并联机器人机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分岔四自由度并联机器人机构。由动平台、定平台及连接动平台和定平台的2～4条结构相同的运动支链组成；所述的运动支链从定平台到动平台依次为移动副，第一转动副，单自由度运动副，第二转动副和第三转动副。该机构在初始位形下具有三个移动自由度和两个转动自由度，动平台可绕与之相邻两个分支中与动平台相连接的两个转动副的轴线分别发生转动，而当动平台绕一个方向开始转动时，另一个转动方向便自动锁定，即动平台从初始位置发生转动后机构只有三个移动自由度和一个转动自由度。本发明可广泛用于并联机器人、微动工作台和虚拟轴机床，具有刚度高、结构简单、移动和转动解耦、易于控制、动态性能好、加工装配性好等优点。

Description

一种分岔四自由度并联机器人机构
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种五自由度自锁并联机器人机构。
背景技术
并联机器人机构属于空间多自由度多环闭链机构，和串联机构相比，并联机构具有刚度大、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点。目前，并联机构被广泛应用于除并联机器人外的虚拟轴机床、微动操作台、各种运动模拟器、传感器等方面。
目前3，6自由度的并联机器人机构应用较为广泛，而4自由度并联机器人机构较少，只有ZL01114009.7，ZL200510052260.4，ZL200610012171.1，ZL200610151078.9等，具有分岔特性的四自由度并联机器人机构尚未见报道，所谓分岔特性是指并联机器人机构的动平台在某个特殊位形处可切换成两种不同的自由度并保持不变，并且这两种不同的自由度之间互斥，即动平台经过该位形切换成一种自由度后，必须再返回该特殊位形才能切换到另一种自由度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分岔四自由度并联机器人机构。
本发明采用如下技术方案：
一种分岔四自由度并联机器人机构，其特征包括：由动平台、定平台及连接动平台和定平台的2～4条结构相同的运动支链组成；所述的运动支链由3个转动副、1个移动副和1个单自由度运动副组成；运动支链从定平台到动平台依次为移动副，第一转动副，单自由度运动副，第二转动副和第三转动副；移动副轴线与第一、第二转动副的轴线平行，并与第三转动副轴线垂直；在初始装配位形下，动平台平行于定平台。
所述的运动支链中间的单自由度运动副为移动副，其轴线与第一转动副轴线垂直。
所述的运动支链中间的单自由度运动副为平行四边形机构，平行四边形机构中的4个转轴均平行于该运动支链中移动副的轴线方向，平行四边行机构的相对的两边分别连接在第一转动副和第二转动副上。
所述的运动支链的数目为4条，运动支链中4个连接到定平台的移动副的轴线构成一个矩形；其中移动副轴线相互平行的两条相对运动支链中与动平台相连的两个第三转动副轴线重合。
所述的运动支链的数目为3条，其中两条运动支链中连接到定平台的移动副轴线相互平行，另一条运动支链中连接到定平台的移动副轴线与前两条运动支链中连接到定平台的移动副轴线垂直；连接到定平台的移动副轴线相互平行的两条相对运动支链中与动平台相连的两个第三转动副轴线重合。
所述的运动支链的数目为两条，两条运动支链中连接到定平台的移动副轴线相互垂直。
本发明具有的有益效果是：
上述机构在动平台平行于定平台的初始位形下具有三个移动自由度和两个转动自由度，动平台可绕与之相邻两个分支中与动平台相连接的两个转动副的轴线分别发生转动，而当动平台绕一个方向开始转动时，另一个转动方向便自动锁定，即转动时机构只有四个自由度，为实现自由度的切换，机构需采用五个驱动器进行冗余驱动。当运动支链数目为4条的时候，结构分布对称，可以减少加工、装配等因素造成的机构精度损失。
本发明可广泛用为并联机器人、微动工作台和虚拟轴机床，具有刚度高、结构简单、动平台的移动和转动解耦、易于控制、动态性能好、加工装配性好等优点。
附图说明
图1是本发明的第一个实施例的结构示意图。
图2是本发明的第二个实施例的结构示意图。
图3是本发明的第三个实施例的结构示意图。
图4是本发明的第四个实施例的结构示意图。
图中：1、动平台，2、转动副，3、转动副，4、移动副，5、转动副，6、移动副，7、定平台，8、平行四边行机构。
具体实施方式
如图1所示，是本发明的第一个实施例的结构示意图。由动平台1、定平台7及连接动平台1和定平台7的2～4条结构相同的运动支链组成；所述的运动支链由三个转动副2，3，4、一个移动副6和一个单自由度运动副组成；运动支链从定平台7到动平台1依次为移动副6，第一转动副5，单自由度运动副，第二转动副3和第三转动副2；移动副6轴线与第一、第二转动副5，3的轴线平行，并与第三转动副2轴线垂直；在初始装配位形下，动平台1平行于定平台7。运动支链中间的单自由度运动副为移动副4，其轴线与第一转动副5轴线垂直。
如图2所示，是本发明的第二个实施例的结构示意图。与前一个实施例不同的是运动支链中间由单自由度的运动副为平行四边形机构8，平行四边形机构8中的4个转轴均平行于该运动支链中移动副6的轴线方向，平行四边行机构8的相对的两边分别连接在第一转动副5和第二转动副3上。
如图3所示，是本发明的第三个实施例的结构示意图，本实施例可从图1所示实施例中去掉4条运动支链中任意1条运动支链获得。
如图4所示，是本发明的第四个实施例的结构示意图，本实施例可从图1所示实施例中去掉4条运动支链中任意2条相邻的运动支链获得。

Claims (6)

1、一种分岔四自由度并联机器人机构，其特征包括：由动平台、定平台及连接动平台和定平台的2～4条结构相同的运动支链组成；所述的运动支链由3个转动副、1个移动副和1个单自由度运动副组成；运动支链从定平台到动平台依次为移动副，第一转动副，单自由度运动副，第二转动副和第三转动副；移动副轴线与第一、第二转动副的轴线平行，并与第三转动副轴线垂直；在初始装配位形下，动平台平行于定平台。
2、根据权利要求1所述的一种分岔四自由度并联机器人机构，其特征在于：所述的运动支链中间的单自由度运动副为移动副，其轴线与第一转动副轴线垂直。
3、根据权利要求1所述的一种分岔四自由度并联机器人机构，其特征在于：所述的运动支链中间的单自由度运动副为平行四边形机构，所述平行四边形机构中的4个转轴均平行于该运动支链中移动副的轴线方向，平行四边行机构的相对的两边分别连接在第一转动副和第二转动副上。
4、根据权利要求2或3所述的一种分岔四自由度并联机器人机构，其特征在于：所述的运动支链的数目为4条，运动支链中4个连接到定平台的移动副的轴线构成一个矩形；其中连接到定平台的移动副轴线相互平行的两条相对运动支链中与动平台相连的两个第三转动副轴线重合。
5、根据权利要求2或3所述的一种分岔四自由度并联机器人机构，其特征在于：所述的运动支链的数目为3条，其中两条运动支链中连接到定平台的移动副轴线相互平行，另一条运动支链中连接到定平台的移动副轴线与前两条运动支链中连接到定平台的移动副轴线垂直；连接到定平台的移动副轴线相互平行的两条相对运动支链中与动平台相连的两个第三转动副轴线重合。
6、根据权利要求2或3所述的一种分岔四自由度并联机器人机构，其特征在于：所述的运动支链的数目为两条，两条运动支链中连接到定平台的移动副轴线相互垂直。
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