CN106313002A - 一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构 - Google Patents

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李秦川
叶伟
柴馨雪
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0033—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a prismatic joint at the base
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Abstract

本发明涉及一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构。目的是提供的机构应具有运动范围大、精度高、结构简单、成本低的优点。技术方案是：一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支；其特征在于：每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副、安装块、第一柔性球面副、连杆与第二柔性球面副；所述六个柔性分支的移动副轴线呈放射状地设置在同一平面中，相邻两个柔性分支的移动副轴线之间的夹角为60度。

Description

一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体是一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构。
背景技术
与刚性机构不同，柔顺机构指的是利用柔性材料的变形来传递运动或能量的新型机构。由于具有可整体化加工、结构简单、免于装配、精度高等优点，柔顺机构得到了广泛应用。而并联式的布置可以限制柔性铰链误差的累积、提高整体刚度、带来动态性能的改善。因此，并联式的柔顺机构得以研发。其中，空间六自由度柔顺并联机构是重要的一类，被广泛应用于微操作、定位等领域。
现有的六自由度柔顺并联机构(如CN103680641A、CN202428438U、CN1962209A)大多采用的是压电陶瓷驱动，其优点是响应速度快、定位精度高。但是压电陶瓷位移改变量小，最大为微米数量级，导致整体机构运动范围小。针对这个问题，专利CN1562578A中提出了一种宏/微双重驱动的六自由度大行程柔顺并联机器人，既有大的运动范围，又有高的定位精度。但是其结构复杂，需要两套驱动***，增加了成本以及控制的难度。因此，提出一种运动范围大、定位精度高、结构简单、成本低的空间六自由度柔顺并联机构很有必要。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，该机构应具有运动范围大、精度高、结构简单、成本低的优点。
本发明的技术方案是：
一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支；其特征在于：
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副、安装块、第一柔性球面副、连杆与第二柔性球面副；所述六个柔性分支的移动副轴线呈放射状地设置在同一平面中，相邻两个柔性分支的移动副轴线之间的夹角为60度。
一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支；其特征在于：
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副、安装块、第一柔性球面副、连杆与第二柔性球面副；所述六个柔性分支的移动副设置在同一平面中并且分为放射状布置的三组，每组中的两个移动副轴线互相平行，相邻两组的移动副轴线之间的夹角为120度。
一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支；其特征在于：
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副、安装块、第一柔性球面副、连杆与第二柔性球面副；所述六个柔性分支的移动副设置在同一平面中并且分为放射状布置的四组，其中四个柔性分支中的移动副分为轴对称布置的两个大组并且其余两个柔性分支中的移动副分为轴对称布置的两个小组；每个大组中的两个移动副轴线互相平行且垂直于小组中的移动副轴线。
一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支；其特征在于：
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副、安装块、第一柔性球面副、连杆与第二柔性球面副；所述六个柔性分支的移动副分为三组，每组中的两个移动副轴线互相平行，两两组之间的移动副轴线互相垂直。
所述移动副为通过伺服电机带动且作为各柔性分支驱动副的滚珠丝杠机构。
所述安装块固定在滚珠丝杠机构中的滑台上。
本发明的有益效果是：
本发明提出的柔顺并联机构具有空间的六个自由度且结构完全对称，具有运动范围大、精度高、制造成本低、装配简单等优点，可用于微操作、定位等领域。
附图说明
图1为本发明实施例一的立体结构示意图。
图2为本发明实施例二的立体结构示意图。
图3为本发明实施例三的立体结构示意图。
图4为本发明实施例四的立体结构示意图。
图5为本发明实施例一、二、三中柔性分支的立体结构示意图。
图6为本发明实施例四中柔性分支的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例一
如图1、图5所示，一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架1、动平台2以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支。
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副10、安装块11、第一柔性球面副12、连杆13与第二柔性球面副14；所述六个移动副轴线呈放射状地设置在同一水平面中，相邻两个柔性分支的移动副轴线的之间夹角为60度。
所述移动副为与机架固定的滚珠丝杠机构(包括丝杠、滑台15、伺服电机16)，滚珠丝杠机构的丝杠轴线水平布置，滚珠丝杠机构的滑台与安装块固定；所述连杆的两端分别通过第一柔性球面副和第二柔性球面副与安装块及动平台连接。
在未变形的情况下，每个柔性分支中，连杆轴线不垂直于移动副轴线，并且移动副轴线与连杆轴线均位于同一竖直平面内。
实施例二
如图2、图5所示，一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架1、动平台2以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支。
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副10、安装块11、第一柔性球面副12、连杆13与第二柔性球面副14；所述六个柔性分支中的移动副轴线设置在同一水平面中；所述六个柔性分支中的移动副分为放射状布置的三组，每两个柔性分支中的移动副为一组，每组中的两个移动副轴线互相平行，相邻两组移动副轴线之间的夹角为120度。
所述移动副为与机架固定的滚珠丝杠机构(包括丝杠、滑台15、伺服电机16)，滚珠丝杠机构的丝杠轴线水平布置，滚珠丝杠机构的滑台与安装块固定；所述连杆的两端分别通过第一柔性球面副和第二柔性球面副与安装块及动平台连接。
在未变形的情况下，每个柔性分支中，连杆轴线不垂直于移动副轴线，并且移动副轴线与连杆轴线位于同一竖直平面内。
实施例三
如图3、图5所示，一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架1、动平台2以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支。
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副10、安装块11、第一柔性球面副12、连杆13与第二柔性球面副14；所述六个移动副轴线设置在同一水平面中；所述六个柔性分支中的移动副分为放射状布置的四组，其中四个柔性分支中的移动副分为轴对称布置的两个大组并且其余两个柔性分支中的移动副分为轴对称布置的两个小组，大组与小组间隔布置；每个大组中的两个移动副轴线互相平行且垂直于小组中的移动副轴线。
所述移动副为与机架固定的滚珠丝杠机构(包括丝杠、滑台15、伺服电机16)，滚珠丝杠机构的丝杠轴线水平布置，滚珠丝杠机构的滑台与安装块固定；所述连杆的两端分别通过第一柔性球面副和第二柔性球面副与安装块及动平台连接。
在未变形的情况下，每个柔性分支中，连杆轴线不垂直于移动副轴线，并且移动副轴线与连杆轴线位于同一竖直平面内。
实施例四
如图4、图6所示，一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架1、动平台2以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支。
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副10、安装块11、第一柔性球面副12、连杆13与第二柔性球面副14；所述六个柔性分支的移动副分为三组，每两个柔性分支中的移动副为一组并且每组中的两个移动副轴线互相平行，两两组之间的移动副轴线互相垂直。
所述移动副为与机架固定的滚珠丝杠机构(包括丝杠、滑台15、伺服电机16)，每组中的两个滚珠丝杠机构的丝杠轴线互相平行并且两两组之间的滚珠丝杠机构的丝杠轴线互相垂直，滚珠丝杠机构的滑台与安装块固定；所述连杆的两端分别通过第一柔性球面副和第二柔性球面副与安装块及动平台连接。
在未变形的情况下，每个柔性分支中，连杆轴线平行于移动副轴线。
上述实施例中：
各柔性球面副为柔性材料制成，所述柔性材料优选铍青铜、钛合金、聚丙烯、弹簧钢等；所述滚珠丝杠机构为各柔性分支的驱动副，动平台在伺服电机带动下作六自由度运动。

Claims (6)

1.一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架(1)、动平台(2)以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支；其特征在于：
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副(10)、安装块(11)、第一柔性球面副(12)、连杆(13)与第二柔性球面副(14)；所述六个柔性分支的移动副轴线呈放射状地设置在同一平面中，相邻两个柔性分支的移动副轴线之间的夹角为60度。
2.一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架(1)、动平台(2)以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支；其特征在于：
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副(10)、安装块(11)、第一柔性球面副(12)、连杆(13)与第二柔性球面副(14)；所述六个柔性分支的移动副设置在同一平面中并且分为放射状布置的三组，每组中的两个移动副轴线互相平行，相邻两组的移动副轴线之间的夹角为120度。
3.一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架(1)、动平台(2)以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支；其特征在于：
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副(10)、安装块(11)、第一柔性球面副(12)、连杆(13)与第二柔性球面副(14)；所述六个柔性分支的移动副设置在同一平面中并且分为放射状布置的四组，其中四个柔性分支中的移动副分为轴对称布置的两个大组并且其余两个柔性分支中的移动副分为轴对称布置的两个小组；每个大组中的两个移动副轴线互相平行且垂直于小组中的移动副轴线。
4.一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，包括机架(1)、动平台(2)以及并联连接在机架与动平台之间的六个柔性分支；其特征在于：
每个柔性分支包括依次连接在机架与动平台之间的移动副(10)、安装块(11)、第一柔性球面副(12)、连杆(13)与第二柔性球面副(14)；所述六个柔性分支的移动副分为三组，每组中的两个移动副轴线互相平行，两两组之间的移动副轴线互相垂直。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，其特征在于：所述移动副为通过伺服电机带动且作为各柔性分支驱动副的滚珠丝杠机构。
6.根据权利要求5所述的一种大行程高精度的空间六自由度柔顺并联机构，其特征在于：所述安装块固定在滚珠丝杠机构中的滑台上。
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