CN105127979A - 一种三平移一转动并联机器人机构 - Google Patents

Abstract

一种三平移一转动并联机构，由动平台(1)、静平台(0)以及连接动平台(1)、静平台(0)的四条完全相同支链的第I支链、第Ⅱ支链、第III支链、第IV支链组成，其特征是：每条支链上的驱动杆(2)的一端与静平台(0)以转动副一(R₁₁)连接，驱动杆(2)的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形的短边杆一(3)，用转动副二(R₁₂)连接，平行四边形的另一短边杆二(6)用转动副三(R₁₃)与连接杆(7)的一端连接，而连接杆(7)的另一端与动平台(1)用转动副四(R₁₄)连接；这三个转动副一(R₁₁)、转动副二(R₁₂)、转动副三(R₁₃)构成的A组转动副的轴线相互平行，但与转动副四(R₁₄)的轴线垂直；该种并联机构具有结构简单、制造容易、定位精度高等优点。

Description

一种三平移一转动并联机器人机构

技术领域

本发明涉及一种并联机器人的执行机构，为机器人机构等提供一个新型的三平移一转动并联机构。

背景技术

并联结构的操作手已得到了工业应用，特别是实现空间三平移功能的Delta操作手，已在高速抓放、定位装配、搬运、分拣、上下料等工艺上发挥了很好的作用；而具有三平移一转动功能的并联操作手，在需要调整工件姿态的场合下，更是不可缺少。为此，1988年R.Clavel在三平移Delta操作手的基础上，再串联一条R-U-P-U-R支链或S-P-S支链，构成了一个具有三平移一转动功能的混联操作手；2003年杨廷力申请的专利200310106012.4，提出了一组5个三平移一转动并联机构，但没有研制样机；后来2006年开始，Pierrot等相继发明了H4、I4、Par4系列的四自由度SCARA型(即三平移一转动)操作手，黄田教授开发了四自由度三平移一转动的Cross-IV型高速搬运机器人；而专利201210435375.1提出了一种实现三平移一转动的并联机构，并研制了样机。但相对于三平移的Delta操作手来说，一方面，这些机构结构复杂，没有得到很好的开发与应用，另一方面，实现三平移一转动功能的新型结构和应用都需要发展。

因此，三平移一转动的并联机构的发展和实用化，需要创造出优于现有机构的新机型。

发明内容

本发明的目的是要克服现有技术的不足而提供一类新的三平移一转动并联机构，这类机构具有刚性好、结构较简单、易于精密加工，且运动学正解简单等优点。

本发明提供的一种三平移一转动并联机构，由动平台(1)、静平台(0)以及连接动平台(1)、静平台(0)的四条完全相同支链的第I支链、第Ⅱ支链、第III支链、第IV支链组成，每条支链上的驱动杆(2)的一端与静平台(0)以转动副一(R₁₁)连接，驱动杆(2)的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形的短边杆一(3)，用转动副二(R₁₂)连接，平行四边形的另一短边杆二(6)用转动副三(R₁₃)与连接杆(7)的一端连接，而连接杆(7)的另一端与动平台(1)用转动副四(R₁₄)连接；这三个转动副一(R₁₁)、转动副二(R₁₂)、转动副三(R₁₃)构成的A组转动副的轴线相互平行，但与转动副四(R₁₄)的轴线垂直；

同时，第I支链上的A组转动副的轴线，分别与对边第III支链上的A组转动副的轴线两两平行；第Ⅱ支链上的A组转动副轴线，分别与对边第IV支链上的A组转动副的轴线两两平行；但第I支链上的A组转动副的轴线，与第Ⅱ支链上的A组转动副的轴线不平行；

进一步，第I支链、第Ⅱ支链、第III支链、第IV支链这四条支链中，相对的任两条支链可以用任意两条无约束S-S-R、S-S-P、S-P-S支链来替代，这里，S表示球副、R表示转动副、P表示转动副。

每条支链上与静平台(0)联接的四个转动副为驱动副，可以用移动副来替代；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该装置就成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目为三、二、一，其它的运动为派生运动。

附图说明

附图1为本发明的三平移一转动并联机构的实施例之一的结构简图示意图；

附图2为本发明的三平移一转动并联机构的实施例之二的结构简图示意图；

具体实施方式

下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。

附图1所示的并联机构可为本发明的实施例之一，其技术方案是这样的：一种三平移一转动并联机构，由动平台1、静平台0以及连接动平台1、静平台0的四条完全相同支链的第I支链、第Ⅱ支链、第III支链、第IV支链组成，第I支链上的驱动杆2的一端与静平台0以转动副一R₁₁连接，驱动杆2的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形的短边杆一3用转动副二R₁₂连接，平行四边形的另一短边杆二6用转动副三R₁₃与连接杆7的一端连接，而连接杆7的另一端与动平台1用转动副四R₁₄连接；这三个转动副一R₁₁、转动副二R₁₂、转动副三R₁₃构成的A组转动副的轴线相互平行，但与转动副四R₁₄的轴线垂直；

同时，第I支链上的A组转动副的轴线，分别与对边第III支链上的A组转动副的轴线两两平行；第Ⅱ支链上的A组转动副轴线，分别与对边第IV支链上的A组转动副的轴线两两平行；但第I支链上的A组转动副的轴线，与第Ⅱ支链上的A组转动副的轴线不平行；

进一步，每条支链上与静平台0联接的转动副，可以用移动副来替代。

当与静平台0联接的四个转动副R₁₁、R₂₁、R₃₁、R₄₁为驱动时，就可使动平台1实现三维平移及绕动平台1上转动副四R₁₄轴线的一维转动输出；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该装置就成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目为三、二、一，其它的运动为派生运动。

附图2所示的并联机构为本发明的实施例之二,其技术方案是这样的：一种三平移一转动并联机构，包含动平台1、静平台0，以及连接动平台1、静平台0的结构完全相同的第I支链、第III支链以及两条无约束型S-S-R支链，第I支链、第III支链的结构及其布置，与实施例之一的第I支链、第III支链完全相同，即支链上的驱动杆2的一端与静平台0以转动副一R₁₁连接，驱动杆2的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形的短边杆一3用转动副二R₁₂连接，平行四边形的另一短边杆二6用转动副三R₁₃与连接杆7的一端连接，而连接杆7的另一端与动平台1用转动副四R₁₄连接；这三个转动副一R₁₁、转动副二R₁₂、转动副三R₁₃构成的A组转动副的轴线相互平行，但与转动副四R₁₄的轴线垂直；

而S-S-R型支链的R端用转动副五(R₁)与静平台0连接，S-S-R型支链的S端用球副二S₂与动平台1连接，S-S-R型支链的两个连接杆8和9用球副一S₁连接。这里，S表示球副、R表示转动副。

进一步，每条支链上与静平台0联接的转动副，可以用移动副来替代。

当与静平台0联接的四个转动副(R₁₁、R₂、R₁、R₃₁)为驱动时，就可使动平台1实现三维平移及绕动平台1上转动副四R₁₄轴线的一维转动输出；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该装置就成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目为三、二、一，其它的运动为派生运动。

Claims (4)

1.一种三平移一转动并联机构，由动平台(1)、静平台(0)以及连接动平台(1)、静平台(0)的四条完全相同支链的第I支链、第Ⅱ支链、第III支链、第IV支链组成，其特征是：每条支链上的驱动杆(2)的一端与静平台(0)以转动副一(R₁₁)连接，驱动杆(2)的另一端与由四个转动副和四个杆组成的平行四边形的短边杆一(3)用转动副二(R₁₂)连接，平行四边形的另一短边杆二(6)用转动副三(R₁₃)与连接杆(7)的一端连接，而连接杆(7)的另一端与动平台(1)用转动副四(R₁₄)连接；这三个转动副一(R₁₁)、转动副二(R₁₂)、转动副三(R₁₃)构成的A组转动副的轴线相互平行，但与转动副四(R₁₄)的轴线垂直。

2.按权利要求1所述的三平移一转动并联机构，其特征在于：第I支链上的A组转动副的轴线，分别与对边第III支链上的A组转动副的轴线两两平行；第Ⅱ支链上的A组转动副轴线，分别与对边第IV支链上的A组转动副的轴线两两平行；但第I支链上的A组转动副的轴线，与第Ⅱ支链上的A组转动副的轴线不平行。

3.按权利要求1或2所述的三平移一转动并联机构，其特征在于：第I支链、第Ⅱ支链、第III支链、第IV支链这四条支链中，相对的任两条支链可以用任意两条无约束型S-S-R、S-S-P、S-P-S支链来替代。

4.按权利要求1或2或3所述的三平移一转动并联机构，其特征在于：每条支链上与静平台(0)联接的四个转动副为驱动副，可以用移动副来替代；且当依次固定一个、两个、三个驱动副时，该装置就成为三自由度、二自由度、单自由度的三平移一转动并联机器人，其独立输出运动数目为三、二、一，其它的运动为派生运动。