CN1647890A - 可调式具有被动约束分支三自由度并联机器人机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机器人和机械制造领域。本发明特征是：上平台4与基座1之间由三个相同的直线驱动分支和一个被动约束分支联接；每个驱动分支两端有球副2，中间有一个驱动移动副3，实现直线驱动运动；被动约束分支有一个移动副和一个万向副，被动约束分支的约束位姿是可调的。本发明可实现沿被动约束分支轴向一个移动和绕万向副交叉轴的两个转动。除具有并联机构刚度大、承载高的特点外，还具有驱动分支只受轴向力，工作空间大，机构相对简单，结构对称，运动精度高等特点。本发明可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

可调式具有被动约束分支三自由度并联机器人机构
技术领域
本发明涉及机器人和机械制造领域。
背景技术
为便于说明，用n(n＝1，2，3，4，6)表示分支数，用S、T、P和R分别表示分支运动链中的球副、万向副、移动副和转动副，它们的组合表示分支运动链结构。
并联机器人具有机构刚度大，承载能力强，末端质量轻，惯性小，位置误差不累积等特点，在应用上与串联机器人呈互补关系。目前，少自由度并联机器人机构是机器人和制造领域研究的热点，1983年Hunt提出3-RPS机构，1990年Pierrot提出三平动Delta机构，1996年Tsai提出三平动3-TPT机构，获美国专利(USA No.5656905)，2002年Gosselin提出三转动3-RRR机构和三平动3-PRR机构，2001年黄真提出新型三自由度并联移动机构，获中国专利(CN1311083A)，2004年黄真提出精密微动并联三维移动机构，获中国专利(CN1539603A)。与Stewart六自由度6-SPS并联机构相比，少自由度并联机构相对具有结构简单、容易控制等优点，但也有缺点：3-UPU机构有冗余自运动，影响正常运动；3-RPS机构工作空间小；Delta机构和3-RRR机构的转动驱动分支复杂，有弯矩；3-PRR机构的驱动分支有弯矩和剪力。驱动分支的弯矩和剪力产生机构弹性变形及在转动副较大载荷，严重影响驱动装置和机构正常运动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直线驱动分支仅受轴向力的运动精度高的具有被动约束分支三自由度并联机器人机构。该发明具有机构相对简单，结构对称，工作空间相对较大，驱动分支不受弯矩和剪力，用可调功能消除机构冗余自运动等特点，可实现在空间沿被动约束分支轴向一个移动和绕垂直于被动约束分支轴线交叉轴的两个转动。该发明中的每个SPS驱动分支有一个绕该分支轴线自转的局部自由度，但由于它不影响机构运动性质，用很小柔性约束力可阻止驱动分支自转，所以该发明等效于3-SPT/1-PT三自由度并联机器人机构。
这种可调式具有被动约束分支三自由度并联机器人机构，由上平台4、基座1，及连接上平台4和基座1的三个结构相同的直线驱动分支和一个被动约束分支组成，其特征在于：三个直线驱动分支呈正三角形对称分布，被动约束分支位于正三角形中间；直线驱动分支两端有球副2，中间有一个驱动移动副3，即SPS分支，驱动移动副3轴线与球副2中心重合，驱动移动副3由液压直线移动驱动装置或电动机与螺旋副组成的直线移动驱动装置构成；被动约束分支有一个移动副和一个万向副，即PT分支，移动副由移动副套5和键轴6组成，移动副套5的轴线与上平台4垂直，移动副套5上端与正三角形上平台4中心固连；万向副的输入轴7与键轴6下端固连，输出轴8与上齿盘9固连；下齿盘10与正三角形基座1中心固连；上齿盘9与下齿盘10的轴线重合，并用螺栓11联接，保证上、下齿盘轴向啮合；调整上、下齿盘相对转角和压紧力，可消除影响并联机构正常运动的冗余自运动。
附图说明
图1为可调式具有被动约束分支三自由度并联机器人机构。
在图1中，1.基座，2.球副，3.驱动移动副，4.上平台，5.移动副套，6.键轴，7.万向副输入轴，8.万向副输出轴，9.上齿盘，10.下齿盘，11.螺栓。
具体实施方式
图1是本发明公开的一个实施例，三个直线驱动分支运动链结构相同，呈正三角形对称分布，直线驱动分支两端有球副2，中间有一个驱动移动副3，驱动移动副3轴线与球副2中心重合；被动约束分支有一个移动副和一个万向副，它们分别位于正三角形上平台4和基座1的中心，被动约束分支的约束位姿是可调的。驱动移动副3由液压直线移动驱动装置或电动机与螺旋副组成的直线移动驱动装置构成。移动副由套5和键轴6组成，移动副套5与上平台4中心垂直固连，键轴6与万向副输入轴7轴向固连，万向副输出轴8与上齿盘9轴向固连，下齿盘10与基座1轴向固连。上齿盘9与下齿盘10轴向重合，用螺栓11预紧联接，保证上、下齿盘轴向啮合，调整上、下齿盘相对转角和压紧力可消除影响并联机构正常运动的冗余自运动。
这种新型可调式具有被动约束分支三自由度并联机构可实现在三维空间沿被动约束分支轴向的一个移动和绕万向副交叉轴的两个转动。除具有并联机构刚度大、承载高的特点外，还具有驱动分支不受弯矩和剪力，工作空间大，无冗余自运动，机构相对简单，结构对称，运动精度高，可调性好等特点。用这种新型机构可设计出多种用途的空间并联机器人、并联机床、微动机器人以及传感器元件等。

Claims (4)

1.一种可调式具有被动约束分支三自由度并联机构，由上平台(4)、基座(1)、及连接上平台(4)和基座(1)的三个直线驱动分支和一个被动约束分支组成，其特征在于：三个直线驱动分支运动链结构相同且呈正三角形对称分布，直线驱动分支两端有球副(2)，中间有一个驱动移动副(3)，驱动移动副(3)轴线与球副(2)中心重合；被动约束分支有一个移动副和一个万向副，它们分别位于正三角形上平台(4)和基座(1)的中心，被动约束分支的约束位姿是可调的。
2.权利要求1所述的并联机构，其特征在于：驱动移动副(3)由液压直线移动驱动装置或电动机与螺旋副组成的直线移动驱动装置构成。
3.权利要求1或2所述的并联机构，其特征在于：移动副由套(5)和键轴(6)组成，移动副套(5)与上平台(4)中心垂直固连，键轴(6)与万向副输入轴(7)轴向固连，万向副输出轴(8)与上齿盘(9)轴向固连，下齿盘(10)与基座(1)轴向固连。
4.权利要求3所述的并联机构，其特征在于：上齿盘(9)与下齿盘(10)轴向重合，用螺栓(11)预紧联接，保证上、下齿盘轴向啮合，调整上、下齿盘相对转角和压紧力可消除影响并联机构正常运动的冗余自运动。
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