CN1178769C - 3-trt/sps四自由度空间并联机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及未列入其它组的机械手，特别是涉及一种3-TRT/SPS四自由度空间并联机器人机构。其特征是：其四个输入是三个TRT分支的与定平台相连的三个垂直布置的第一转动副，和SPS分支的移动副。三个转动输入决定动平台沿X、Y方向的移动和绕Z轴的转动；中央移动副输入决定动平台c1c2c3沿Z轴的位移。本发明可实现空间的三维移动和绕Z轴的转动，除具有并联机构的刚度大、承载大和精度高的特点外，还具有机构相对简单，结构对称等优点。可由此设计出各种用途的空间并联机器人、并联虚拟轴机床、微动机器人以及传感器元件等。
Description
技术领域
本发明涉及一种未列入其它组的机械手，特别是涉及一种3-TRT/SPS四自由度空间并联机器人机构。
背景技术
空间并联机器人是当今机器人领域国内外研究的热点之一。与串联机器人相比，并联机器人具有刚度大、负荷自重比高。最早的空间六自由度并联机器人是基于Stewart 1965年采用的6-SPS平台机构，其中S表示球副，P表示移动副。这种空间并联机构开始用于飞行模拟器，近年来又被设计成并联虚拟轴机床，微动机器人和传感器元件等。近年来，新型少自由度并联机器人机构成为新的研究热点。由于这种机构相对具有结构简单、造价低等特点，在工业生产及其他领域有着广阔的应用前景。如Hunt 1983年提出三自由度的3-RPS空间并联机构已引起广泛兴趣，其中R表示转动副。
1990年美国专利(US4976582)公开了一种称为Delta机构的三维移动机构，该机构由三个R(4T)运动分支连接定平台和动平台，而构成了一个三自由度移动并联机构，其中4T表示一个由四个虎克铰联接四个杆构成的平行四边形机构，T表示虎克铰。该专利进一步说明：①四个虎克铰也可以用四个球铰代替，即以4S平行四边形机构代替4T平行四边形机构；②4T平行四边形机构也可由一个两端装有虎克铰的连杆代替；③与动平台相联的转动副可以被移动副取代等。这些代替仍保持动平台实现三维移动，而不产生任何的转动。该专利还指出定平台与动平台之间可以用一个TPT分支实现手爪绕垂直于动平台轴线的转动。需说明的是此时动平台不能实现转动，机构的实质是一个三自由度移动并联机构串连了一个转动副，TPT分支的作用只是使手爪转动的输入电机可以安装于定平台上。1997年美国专利(US5673595)又公开了一种四自由度机械手机构，该机构是由一个TRT运动分支联接两个平面五杆机构而成。尽管该机构的输出构件12能实现三个移动和一个转动，但该机构不是空间并联机构，其实质是一个由两个平面五杆机构作为输入的空间闭环机构。
发明内容
本发明的3-TPT/SPS四自由度空间并联机器人机构，由动平台c1c2c3、定平台a1a2a3、及连接上下平台的四个运动分支构成，其中三个为TRT运动分支，一个为SPS运动分支构成；且各TRT运动分支的第一、第五转动副轴线互相平行，且平行于Z轴；第二、三、四转动副轴线相互平行且与Z轴垂直；各分支第四转动副轴线位于动平台同一平面c1c2c3内，其中T代表由两轴线垂直相交的转动副构成的虎克铰，R代表转动副，S代表球副，P代表移动副；该机构的四个输入是三个TRT运动分支与固定平台相连的三个垂直布置的第一转动副，和SPS运动分支的移动副；其中三个转动输入决定动平台沿X、Y方向的移动和绕Z轴的转动；中央移动副输入决定上平台的沿Z轴的位移；采用本机构设计的工业机器人或并联虚拟机床，其运动副为一般类型转动副、移动副和球副；采用本机构设计的微动机器人和传感器元件，运动副为弹性铰链。
附图说明
图1是3-TRT/SPS四自由度空间并联机器人机构
在附图中，上下三角形表示动平台和定平台；ai和ci(i＝1，2，3)表示与定平台和动平台相连的虎克铰的中心点；O-XYZ为固联于定平台的坐标系，其原点在三角形a1a2a3的中点，Z轴垂直于三角形a1a2a3向上；p-xyz为固联于动平台的坐标系，其原点在三角形c1c2c3的中点。
具体实施方式
图1是本发明的一个实施例(见图1)，这种3-TRT/SPS四自由度空间并联机器人机构，能实现空间的三维移动和绕Z轴的转动。3-TRT/SPS四自由度空间并联机器人机构除具有并联机构的刚度大、承载大和精度高的优点外，还具有机构相对简单，结构对称等特点，可由此设计出各种用途的空间并联机器人、并联虚拟轴机床、微动机器人以及传感器元件等。
Claims (4)
1.一种3-TRT/SPS四自由度空间并联机器人机构，由动平台c1c2c3、下平台a1a2a3、及连接两平台的四个运动分支构成，其特征在于：其中三个为TRT运动分支、一个为SPS运动分支构成；该机构的四个输入是三个TRT分支的与定平台相连的三个垂直布置的第一转动副，和SPS分支的移动副；其中三个转动输入决定动平台沿X、Y方向的移动和绕Z轴的转动；中央移动副输入决定动平台的沿Z轴的位移。
2.根据权利要求1所述四自由度空间并联机器人机构，其特征在于：各TRT运动分支的第一、第五转动副轴线互相平行，且平行于Z轴；第二、三、四转动副轴线相互平行且与Z轴垂直；各分支第四转动副轴线位于动平台同一平面c1c2c3内。
3.根据权利要求1或2所述四自由度空间并联机器人机构，其特征在于：采用本机构设计的工业机器人或并联虚拟机床，其运动副为一般类型的转动副、移动副和球副。
4.根据权利要求1或2所述四自由度空间并联机器人机构，其特征在于：采用本机构设计的微动机器人和传感器元件，运动副为弹性铰链。
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