专利名称：一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业机器人领域，更具体地涉及一种带有主动伸缩杆的三转动一 移动自由度并联机器人。
背景技术：
在机器人化的作业任务服役的现有机器人中，有两种类型串联机器人和并联机 器人。串联式是各杆件通过运动副依次相连的开式链，这类机器人具有作业空间大和灵活 性高的特点，但是随着人们对机器人性能的要求不断提高，串联机器人也存在一些不足之 处不仅串联机器人本身所固有的各个杆件误差存在积累效应，各个杆件末端精度低，而且 存在惯性大、刚度低、负载驱动能力有限等缺陷，致使在某种程度上制约了或必须花费较大 的代价才能实现末端执行器的精确运动。并联机器人是多个运动链的一端同时与一个具有多自由度的终端操作器相并行 连接而构成的机器人。与串联机器人相比，并联机器人可把驱动机构安装在机架上，因此在 很大程度上降低了运动构件的质量。理论上，并联机器人具有承载能力强，刚度大，误差小， 精度高，自重负荷小，动力性能好，控制容易等一系列的优点，与已获得广泛应用的串联机 器人构成互补关系，扩大了机器人的应用领域。基于并联机器人中的各种机构已成为传统 串联机器人的一个重要补充，目前，并联机器人已被成功地应用于工业生活中的各个领域， 例如工业机器人、数控机床、运动模拟器、自动化装配、精密加工与测量工程、微电子制造 中的精密定位装置、医用机器人以及典型抓取作业环境中的高速机械手等领域。目前，已经提出的并联机构构型有很多种，但实用的三转动一移动自由度并联机 器人依然不多。为了适应工业生产的需要，近年来人们把注意力转向了少自由度并联机器 人的研发与制造，即动平台运动自由度数目少于6的并联机构。其中，三转动一移动自由 度并联机构是少自由度并联机构中极为重要的一类。三转动一移动自由度的并联机构一 般用于开发机械制造中的加工装备、定位与姿态调节的高刚度数控台、工业机器人与运动 模拟器，作为数控台，实现分度、摆角以及轴向定位的功能，提高机床的加工精度与效率。然 而，现有的三转动一移动自由度并联机构构型较少，且结构复杂一般难以满足大负载与高 刚度的要求。因此，亟待一种结构简单、安装方便且具有较大负载能力和较高刚度的三转动一 移动自由度并联机器人。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种结构简单、安装方便且具有较大负载能力和较高 刚度的三转动一移动自由度并联机器人。为了实现上述目的，本实用新型提出一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度 并联机器人，其包括基座、活动平台、驱动机构、支撑杆以及三根连杆，所述支撑杆的一端固 结于所述基座，所述支撑杆的另一端连接所述活动平台，所述连杆分布于所述支撑杆的周围，且所述连杆的一端连接所述活动平台，所述连杆的另一端连接所述基座；所述支撑杆与 所述连杆均是伸缩杆结构，且均与所述驱动机构相连接，所述驱动机构驱动所述支撑杆与 所述连杆做伸缩运动。较佳地，所述支撑杆的一端固结于所述基座的中心，所述支撑杆的另一端垂直向 上延伸并连接于所述活动平台的中心。较佳地，所述活动平台呈三角形状，所述连杆为三根，三根所述连杆的一端分别连 接于所述三角形的三个角上，三根所述连杆的另一端分别连接所述基座。较佳地，所述基座呈三角形状且与所述活动平台相对应设置，三根所述连杆的一 端分别连接于所述三角形的三个角上，三个所述连杆的另一端分别相对应地连接于所述基 座的三个角上。较佳地，三根所述连杆相对于支撑杆对称设置。较佳地，所述支撑杆的一端连接转动铰的一端，所述转动铰的另一端安装在第一 虎克铰的一端上，所述第一虎克铰的另一端连接于所述活动平台的中心，所述支撑杆的另 一端固结于于所述基座上。较佳地，所述连杆的一端通过球铰连接于所述活动平台，所述连杆的另一端通过 第二虎克铰连接于所述基座。较佳地，所述连杆的一端通过球铰连接于所述活动平台，所述连杆的另一端也通 过球铰连接于所述基座。所述支撑杆的一端通过第一虎克铰连接于所述活动平台的中心，另一端固定连接 于所述基座上。与现有技术相比，本实用新型一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机 器人中驱动机构驱动连杆运动，该支撑杆对动平台提供运动的同时提供约束与支撑的作 用，一方面，本实用新型一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人结构简单、 易于模块化设计与制造且安装方便，具有高刚度、高精度、低惯性、高动态性能的优点，另一 方面，所述活动平台能做三个坐标轴方向上的转动运动与一个坐标轴方向上的移动，实现 本实用新型一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人具有三转动一移动自 由度，另外，本实用新型一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人运动学正 解、反解简单，正解具有简洁的解析解，有利于机器人的运动学标定。适用于开发机械制造 中的加工装备、定位与姿态调节的高刚度数字控制台、工业机器人与运动模拟器，实现分 度、摆角以及轴向定位的功能，提高机床的加工精度与效率。通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本 实用新型的实施例。
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。图1是本实用新型一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人第一实施例的结构示意图。图2是本实用新型一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人第二 实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所 有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。参照图1，图1展示了本实用新型一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并 联机器人的结构示意图。该三转动一移动自由度并联机器人1包括基座11、活动平台12、 支撑杆13、连杆14以及驱动机构(图未示)。该三转动一移动自由度并联机器人1的活动 平台12为承载之用，所述支撑杆13与连杆14带动活动平台12运动。具体地，如图1所示，该三转动一移动自由度并联机器人1的基座11呈三角形状， 相应地，所述活动平台12亦呈三角形状。所述基座11为三转动一移动自由度并联机器人1 的基底部分。所述支撑杆13的一端固定连接在基座11的中心，其另一端安装在转动铰16 的一端，所述转动铰16的另一端安装于第一虎克铰15的一端，所述第一虎克铰的另一端安 装在所述活动平台12的中心位置，即所述支撑杆13从基座11的中心垂直向上延伸并通 过转动铰16及第一虎克铰15安装于活动平台12的中心。在基座11的三个角的位置上分 别安装有第二虎克铰17。三个所述第二虎克铰17的一端安装在基座11上，其另一端分别 与三根连杆14的一端相连接，连杆14的另一端与第一球铰18相连接，所述第一球铰18的 另一端安装在活动平台12相对应的三个角位置上。如图1所示，所述支撑杆13与所述连杆14均是伸缩杆结构，且均与所述驱动机构 相连接，所述驱动机构驱动所述支撑杆13与所述连杆14做伸缩运动。具体地，支撑杆13 与连杆14可为滚珠丝杠或者液压缸，相应的，如果支撑杆13与连杆14为滚珠丝杠，驱动机 构为电机，如果支撑杆13与连杆14为液压缸，驱动机构为液压专用驱动器。图2所示是本实用新型一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人 第二实施例的结构示意图。该三转动一移动自由度并联机器人2的结构与第一实施例中三 转动一移动自由度并联机器人1相似，其包括基座21、活动平台22、支撑杆23、连杆M以 及驱动机构，支撑杆23和连杆M为伸缩杆结构，该三转动自由度并联机器人2的活动平台 22为承载之用，所述支撑杆23与连杆M带动活动平台12运动。在本实施例中，一种带有 主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人2与第一实施例中一种带有主动伸缩杆的 三转动一移动自由度并联机器人1的不同之处在于三根连杆24各自的一端分别通过第一 球铰观连接于活动平台22的三个角的位置上，三根连杆M各自的另一端分别通过第二球 铰四连接于基座21的相对应的三个角位置上。参考图1，以第一实施例为例描述本实用新型一种带有主动伸缩杆的三转动一移 动自由度并联机器人的工作原理，所述驱动机构分别驱动三根连杆14以及支撑杆13作伸 缩运动，其中，驱动机构控制三根连杆14与支撑杆13的伸缩运动；支撑杆13支撑所述活动 平台12的中心，使得当三根连杆14带动所述活动平台12活动的同时，支撑杆13对活动平
5台12既提供沿伸缩方向上的移动运动又起到支撑与限位的作用，进而使本实用新型一种 带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人1的活动平台22能绕转动铰16的转动 轴、第一虎克铰15的两个转动轴做三个坐标轴方向上的转动运动，并能沿着支撑杆13的伸 缩方向做移动运动，实现三转动一移动自由度运动。该工作原理同样适用于本实用新型的 第二个实施例。需要说明的是，上述实施例中所描述的基座和活动平台并不限于三角形状，可为 其它形状；且连杆的数量不限于三根，也可大于三根，视具体三转动一移动自由度并联机器 人的实施情况而定。以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭 示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。
权利要求1.一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人，其特征在于，包括基座、 活动平台、驱动机构、支撑杆以及三根连杆，所述支撑杆的一端固定连接所述基座，所述支 撑杆的另一端连接所述活动平台，所述连杆分布于所述支撑杆的周围，且所述连杆的一端 连接所述活动平台，所述连杆的另一端连接所述基座；所述支撑杆与所述连杆均是伸缩杆 结构，且均与所述驱动机构相连接，所述驱动机构驱动所述支撑杆与所述连杆做伸缩运动。
2.如权利要求1所述的一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人，其特 征在于，所述支撑杆的一端固定连接所述基座的中心，所述支撑杆的另一端垂直向上延伸 并连接于所述活动平台的中心。
3.如权利要求1所述的一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人，其特 征在于，所述活动平台呈三角形状，所述连杆为三根，三根所述连杆的一端分别连接于所述 三角形的三个角上，三个所述连杆的另一端分别连接所述基座。
4.如权利要求3所述的一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人，其特 征在于，所述基座呈三角形状且与所述活动平台相对应设置，三根所述连杆的一端分别连 接于所述三角形的三个角上，三个所述连杆的另一端分别相对应地连接于所述基座的三个 角—t ο
5.如权利要求3所述的一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人，其特 征在于，三根所述连杆相对于支撑杆呈对称设置。
6.如权利要求2所述的一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人，其特 征在于，所述支撑杆的一端通过第一虎克铰连接于所述活动平台的中心，另一端固定连接 于所述基座上。
7.如权利要求6所述的一种带有主动伸缩杆的带有主动伸缩杆的三转动一移动自由 度并联机器人，其特征在于，所述支撑杆的一端连接转动铰的一端，所述转动铰的另一端安 装在第一虎克铰的一端上，所述第一虎克铰的另一端连接于所述活动平台的中心，所述支 撑杆的另一端固定连接于所述基座上。
8.如权利要求1-6任一项所述的一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机 器人，其特征在于，所述连杆的一端通过球铰连接于所述活动平台，所述连杆的另一端通过 第二虎克铰连接于所述基座。
9.如权利要求1-6任一项所述的一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机 器人，其特征在于，所述连杆的一端通过球铰连接于所述活动平台，所述连杆的另一端也通 过球铰连接于所述基座。
专利摘要本实用新型公开了一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人，其包括基座、活动平台、驱动机构、支撑杆以及三根连杆，所述支撑杆的一端固结于所述基座，所述支撑杆的另一端连接所述活动平台，所述连杆分布于所述支撑杆的周围，且所述连杆的一端连接所述活动平台，所述连杆的另一端连接所述基座；所述支撑杆与所述连杆均是伸缩杆结构，且均与所述驱动机构相连接，所述驱动机构驱动所述支撑杆与所述连杆做伸缩运动。本实用新型一种带有主动伸缩杆的三转动一移动自由度并联机器人结构简单、安装方便且具有较大负载能力和较大刚度。
文档编号B25J9/08GK201841545SQ20102021199
公开日2011年5月25日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者吴福培, 李昇平, 范颖晖, 赵永杰, 邱可 申请人:汕头大学, 汕头轻工装备研究院