专利名称：可实现三平动和一转动的并联机构的制作方法
技术领域：
本发明隶属于工业机器人领域，特别涉及到一种可实现三平动和一转动的并联机构。
背景技术：
并联机构是指由两个或两个以上分支相连，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联 方式驱动的机构。并联机构由于具有刚度重量比大、承载能力强、误差累积小、动态性能好、 结构紧凑等特点，近年来被广泛应用于众多技术领域。早期的并联机构通常是6自由度的 Stewart并联机构，该机构的上平台与下平台之间以六个分支相连，每个分支两端是两个球铰， 中间是一移动副。驱动副推动移动副作相对移动，改变杆的长度，使上平台的位置和姿态变 化。Stewart并联机构具有工作空间小、运动正解困难、结构设计复杂等缺点。为了克服6自 由度并联机构的这些缺点，近年来许多研究人员把注意力转向了少自由度并联机构，少自由 度并联机构具有结构简单、设计与控制比较简单等优点。四、五自由度并联机构在工业中应 用比较广泛。现有的四自由度并联机构大多采用对称机构，如方跃法等(中国专利申请号 02158043.X)提出的三平动和一转动四自由度并联机构由4条结构相同的运动支链构成，每条 运动支链由转动副、万向节和圆柱副组成。刘辛军等(中国专利申请号00105935.1)提出的四 自由度并联机构由RPS(R—转动副、P—移动副、S —球畐U)和UPS(U—虎克铰)两种结构的运 动支链对称构成。现有的四自由度并联机构大多采用对称结构且在支链中含有球铰和虎克铰 等复杂铰链，从而会导致并联机构的工作空间小，结构复杂，制造成本高。
另外，在轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装等 作业往往需要末端执行器实现特殊轨迹运动且工作空间大，因此该类末端执行器不适合采用 对称并联机构。又例如模拟厨师灶上动作的烹饪机器人，要求该烹饪机器人能实现专业厨师 灶上的四个有效动作晃锅、翻锅、倾锅和移锅，晃锅和翻锅要求锅具能实现特殊的轨迹运 动，而倾锅和移锅要求锅具的运动空间大，因此该类烹饪机器人只能采用四自由度的非对称 并联机构来实现。
本发明的目的在于克服现有四自由度并联机构工作空间小的缺点而提出一种三平动和一 转动四自由度并联机构，该类并联机构具有非对称结构，高刚度，工作空间大，运动学正、 反解简单等优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现三平动和一转动的并联机构。
本发明所采用的技术方案本发明机构包括滑动块(8)和末端执行器(7)，以及连接两者之 间的三组平面连杆机构组成。这三组平面连杆机构是五杆滑块机构、曲柄滑块机构以及平 面四杆机构。五杆滑块机构由主动件(1)和从动件(2,3，4)组成，曲柄滑块机构由主动件(17)和从
动件(18,4)组成，平面四杆机构由主动件(5)和从动件(6,20)组成。末端执行器(7)的转轴连接在 连杆(2)上，平面四杆机构的从动件(20)与末端执行器相连。五杆滑块机构和曲柄滑块机构共 用一个滑块(4)和一个驱动电机(12)，而滑块(4)又作为五杆滑块机构的一个驱动件。曲柄滑块 机构和五杆滑块机构组成平面组合机构，该组合机构利用一个驱动电机(12)就能实现末端执 行器所要求的二自由度运动。由主动件(5)和从动件(6,20)组成的平面四杆机构能完成末端执行 器的一转动功能。另外，滑动块(8)由滚珠丝杠(10)驱动实现直线往复运动，因此该机构能实 现三平动和一转动。
本发明的特点是利用三个驱动电机(ll)、 (12)、 (13)就能实现三平动和一转动的四自由 度运动；结构新颖紧凑，加工制造装配简单；能实现特殊轨迹的运动(如烹饪机器人的锅具复 杂运动)。
本发明与现有三平动和一转动四自由度并联机构相比有如下优点-
1、 本发明的并联机构的运动支链中都是采用简单的转动副和移动副，结构简单，易于制 造。
2、 本发明的并联机构采用非对称的支链结构，因而工作空间比对称的并联机构大。
3、 本发明的并联机构运动学正、反解简单。
4、 本发明的并联机构与传统的串联式机构相比，具有高刚度、承载能力强、误差累积小、 动态性能好、结构紧凑等特点
图1本发明实施例1的侧面1图 图2本发明实施例1的侧面2图
图3本发明实施例1的五杆滑块机构、曲柄滑块机构以及平面四杆机构的机构简图 图4本发明实施例2的侧面1图 图5本发明实施例2的侧面26本发明实施例2的五杆机构、曲柄摇杆机构以及平面四杆机构的机构简图
图中l.五杆滑块机构中的主动件(曲柄)，2.五杆滑块机构中的从动件，3.五杆滑块机 构中的从动件，4.五杆滑块机构中的从动件(滑块)，5.平面四杆机构中的主动件，6.平面四 杆机构中的从动件，7.末端执行器，8.滑动块，9.直线导杆，10、滚珠丝杠，ll.平面四杆机构 的驱动电机，12.五杆滑块机构和曲柄滑块机构的驱动电机，13.滚珠丝杠驱动电机，14.齿轮， 15.齿轮，16.齿轮，17.曲柄滑块机构的主动件，18.曲柄滑块机构的从动件，19.机架，20.平 面四杆机构的从动件，21.五杆机构中的主动件(曲柄)，22.五杆机构中的从动件，23.五杆机构 的从动件，24.五杆机构的从动件，25.五杆机构的驱动齿轮，26.五朴机构的驱动齿轮，27.五 杆机构的驱动电机，28.曲柄摇杆机构中的主动件(曲柄)，29.曲柄摇杆机构中的从动竹，30. 平面四杆机构中的驱动齿轮，31 .平面四杆机构屮的从动齿轮，32.曲柄摇杆机构中的摇杆。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进步详细说明
实施例l:五杆滑块机构、曲柄滑块机构以及平面四杆机构组成四自由度并联机构 附图1和附图2是本发明实施例1的侧面图，其中驱动电机12通过一对齿轮14， 15同 时驱动五杆滑块机构的主动件1以及曲柄滑块机构的主动件17，主动件17驱动从动件18以 及滑块4，而滑块4的直线运动以及主动件1联合驱动从动件2， 3，从而使从动件2实现末 端执行器所要求的运动轨迹以及加速度。电机11通过齿轮16驱动平面四杆机构的主动件5， 主动件5驱动从动件6以及20，从动件20的转动能实现末端执行器的转动。13为滚珠丝杠 的驱动电机，该电机驱动滑动块8实现直线往复运动，该直线往复运动与主动件1驱动实现 的二自由度运动的组合运动能实现末端执行器的复杂轨迹运动。
附图3是五杆滑块机构、曲柄滑块机构以及平面四杆机构的机构简图，主动件1和17由 同一个驱动电机驱动，从动件20与末端执行器连接在一起，从动件20的转动能实现末端执 行器的转动。
实施例2:五杆机构、曲柄摇杆机构以及平面四杆机构组成四自由度并联机构 附图4和附图5是本发明实施例2的侧面图，其中驱动电机27通过一对齿轮25， 26同 时驱动五杆机构的主动件21和曲柄摇杆机构的主动件28，主动件28驱动从动件29以及摇 杆32，而摇杆32的摆动以及主动件21联合驱动从动件23， 24，从而使从动件24实现末端 执行器所要求的运动轨迹以及加速度。电机11通过齿轮30和31驱动平面四杆机构的主动件 5，主动件5驱动从动件6以及20，从动件20的转动能实现末端执行器的转动。13为滚珠丝杠的驱动电机，该电机驱动滑动块8实现直线往复运动，该直线往复运动与主动件21驱动实 现的二自由度运动的组合运动能实现末端执行器的复杂轨迹运动。
附图6是五杆机构、曲柄摇杆机构以及平面四杆机构的机构简图，主动件21和28由同 一个驱动电机驱动，从动件20与末端执行器连接在一起，从动件20的转动能实现末端执行 器的转动。
权利要求
1、可实现三平动和一转动的并联机构，包括滑动块(8)和末端执行器(7)，以及连接两者之间的三组平面连杆机构组成。这三组平面连杆机构是五杆滑块机构、曲柄滑块机构以及平面四杆机构。五杆滑块机构由主动件(1)和从动件(2，3，4)组成，曲柄滑块机构由主动件(17)和从动件(18，4)组成，平面四杆机构由主动件(5)和从动件(6，20)组成。末端执行器(7)的转轴连接在连杆(2)上，平面四杆机构的从动件(20)与末端执行器(7)相连。
2、 根据权利要求l所述的可实现三平动和一转动的并联机构，其特征在于五杆滑块机构和 曲柄滑块机构共用一个滑块(4)和一个驱动电机(12)，滑块(4)又作为五杆滑块机构中的一个驱 动件。曲柄滑块机构和五杆滑块机构组成平面组合机构，该组合机构利用一个驱动电机(12) 就能实现末端执行器所要求的二自由度运动。
3、 根据权利要求l、 2所述的可实现三平动和一转动的并联机构，其特征在于滑动块(8)由 滚珠丝杠(10)驱动实现直线往复运动，该直线往复运动与权利2所述的二自由度运动的组合 运动能实现复杂的轨迹运动。
4、 根据权利要求1所述的可实现三平动和一转动的并联机构，其特征在于由主动件(5)和 从动件(6,20)组成的平面四杆机构能完成末端执行器的转动功能。
5、 根据权利要求l、 2、 3和4所述的可实现三平动和一转动的并联机构，其特征在于三个 驱动电机实现末端执行器的三平动及一转动的四自由度运动，从而能实现复杂的轨迹运动。
全文摘要
本发明涉及了一种可实现三平动和一转动的并联机构。该机构包括滑动块(8)和末端执行器(7)，以及连接两者之间的三组平面连杆机构组成。这三组平面连杆机构是五杆滑块机构、曲柄滑块机构以及平面四杆机构。五杆滑块机构由主动件(1)和从动件(2，3，4)组成，曲柄滑块机构由主动件(17)和从动件(18，4)组成，平面四杆机构由主动件(5)和从动件(6，20)组成。末端执行器(7)的转轴连接在连杆(2)上，平面四杆机构的从动件(20)与末端执行器相连。五杆滑块机构和曲柄滑块机构共用一个滑块(4)和一个驱动电机(12)，而滑块(4)又作为五杆滑块机构的一个驱动件。曲柄滑块机构和五杆滑块机构组成平面组合机构，该组合机构利用一个驱动电机(12)就能实现末端执行器所要求的二自由度运动。由主动件(5)和从动件(6，20)组成的平面四杆机构能完成末端执行器的一转动功能。另外，滑动块(8)由滚珠丝杠(10)驱动实现直线往复运动，因此该机构能实现三平动和一转动的四自由度运动。该机构用三个驱动电机能实现末端执行器的三平动一转动的四自由度运动。
文档编号B25J11/00GK101531003SQ20091010482
公开日2009年9月16日 申请日期2009年1月14日 优先权日2009年1月14日
发明者兵 李, 杨晓钧, 林晓锐, 原 陈 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院