一种两旋转自由度并联机器人的制作方法

本发明属于并联机器人领域，具体是涉及一种两旋转自由度运动解耦并联机器人。

背景技术：

并联机器人机构为空间多自由度多环闭链，具有刚度大、承载能力大、累积误差小、动态性能好、结构紧凑等特点，广泛应用于军事领域中的潜艇、空间飞行器的对接装置与姿态控制器、生物医学工程中的细胞操作机器人、微外科手术机器人、大型射电天文望远镜的姿态调整装置等方面。相对于串联机器人结构，并联机器人机构存在工作空间小、运动之间具有强的耦合性、控制较为困难等缺点。

目前全球范围内总结出来的解耦并联机器人主要包括三移动自由度机构与三移动一转动机构。燕山大学黄真等人和法国的gogu分别综合了一类两转动自由度解耦并联机器人结构，前者在移动平台与动平台之间有三个分支，后者只有两个分支，两个分支在刚度上不如三个分支，而分支中的运动副较多会导致较大的累积误差。

在gogu综合的这类机构中最简单的为：第一个分支由两个转动副组成，第二个分支由五个运动副组成。在黄真综合的这类机构中最简单的为：并联机构中动平台通过三个分支和定平台相连接，其中第一个分支具有一个运动副，第二个分支具有三个运动副，第一个分支和第二个分支构成平面导杆机构或者平面铰链机构，第三个分支为具有空间六自由度的支链，但是此并联机器人必须要保证第三个支链的两端必须用球副与动、定两平台相连，多个球副的存在使得机构本身的加工难度较高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种两旋转自由度并联机器人，该机器人应具有结构简单、刚度高、动平台的运动具有解耦特性、易于控制、运动质量低、动态性能好等优点。

本发明提供的技术方案是：

一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台、机架以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支；其特征在于，所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰与第一连杆；

第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二球铰、第二连杆、第一转动副、第三连杆以及第一移动副，第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第三连杆；

第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第三球铰、第四连杆、第二转动副、作为第二移动副导杆的第五连杆以及第二移动副；第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第五连杆；所述第一转动副轴线垂直于第二转动副轴线。

一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台、机架以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支；其特征在于，所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰与第一连杆；

第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二球铰、第二连杆、第一转动副、第三连杆以及第一移动副，第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第三连杆；

第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第三球铰、第四连杆、第四球铰、第五连杆以及第二移动副；或者，

第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一虎克铰、第四连杆、第三球铰、第五连杆以及第二移动副；或者，

第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第三球铰、第四连杆、第一虎克铰、第五连杆以及第二移动副；

所述第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第五连杆。

一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台、机架以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支；其特征在于：所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰与第一连杆；

第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二球铰、第二连杆、第一虎克铰、第三连杆以及第一移动副，第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第三连杆；

第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二虎克铰、第四连杆、第一转动副、第五连杆以及第二移动副；所述第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第五连杆。

一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台、机架以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支；其特征在于，所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一虎克铰与第一连杆；

第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二虎克铰、第二连杆、第一转动副、第三连杆以及第一移动副，第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第三连杆；

第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰、第四连杆、第二球铰、第五连杆以及第二移动副；所述第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第五连杆；或者，

第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰、第四连杆、第三虎克铰、第五连杆以及第二移动副；所述第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第五连杆。

一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台、机架以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支；其特征在于：所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一虎克铰与第一连杆；

第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰、第二连杆、第二虎克铰、第三连杆以及第一移动副，第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第三连杆；

第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二球铰、第四连杆、第三虎克铰、第五连杆以及第二移动副；所述第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第五连杆。

一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台、机架以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支；其特征在于，所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一虎克铰与第一连杆；第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰、第二连杆、第二球铰、第三连杆以及第一移动副，第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第三连杆；

第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第三球铰、第四连杆、第一转动副、第五连杆以及第二移动副；或者，

第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二虎克铰、第四连杆、第三虎克铰、第五连杆以及第二移动副；

所述第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的第五连杆。

所述第一连杆、第二连杆与第三连杆的轴线相互平行布置。

所述第一移动副轴线平行于第二移动副轴线。

所述第一移动副、第二移动副均为主动驱动副；主动驱动副由伺服电机带动滚珠丝杠机构实现驱动。

本发明的有益效果是：

本发明的第一分支具有一个运动副，第二、三分支具有三个运动副，这三个分支构成平面导杆机构，具有刚度高、结构简单、动平台的两个转动完全解耦、易于控制、运动惯性小、动态性能好、加工难度低等优点，不仅可以应用于太阳跟踪设备，同时也可以应用于导弹发射架、雷达跟踪、望远镜、动态相机等设备。

附图说明

图1是本发明实施例一的立体结构示意图。

图2是本发明实施例二的立体结构示意图。

图3是本发明实施例三的立体结构示意图。

图4是本发明实施例四的立体结构示意图。

图5是本发明实施例五的立体结构示意图。

图6是本发明实施例六的立体结构示意图。

图7是本发明实施例七的立体结构示意图。

图8是本发明实施例八的立体结构示意图。

图9是本发明实施例九的立体结构示意图。

图10是本发明实施例十的立体结构示意图。

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所示，一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台4、机架5以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支。所述三条分支中：

第一分支1包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰s1与第一连杆l1；第二分支2包括依次连接在动平台与机架之间的第二球铰s2、第二连杆l2、第一转动副r1、第三连杆l3以及第一移动副p1，其中第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第三连杆l3同时作为导杆)；第三分支3包括依次连接在动平台与机架之间的第三球铰s3、第四连杆l4、第二转动副r2、第五连杆l5以及第二移动副p2，其中第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第五连杆l5同时作为导杆)。

所述第一连杆、第二连杆与第三连杆的轴线平行布置。所述第一移动副轴线平行于第二移动副轴线。所述第一转动副轴线垂直于第一移动副轴线，第二转动副轴线垂直于第二移动副轴线。

所述第一移动副轴线垂直于第二移动副轴线。

实施例二

如图2所示，一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台4、机架5以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支。所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰s1与第一连杆l1；第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二球铰s2、第二连杆l2、第一转动副r1、第三连杆l3以及第一移动副p1，其中第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第三连杆l3同时作为导杆)；第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第三球铰s3、第四连杆l4、第四球铰s4、第五连杆l5以及第二移动副p2，其中第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第五连杆l5同时作为导杆)。

所述第一连杆、第二连杆与第三连杆的轴线平行布置。所述第一移动副轴线平行于第二移动副轴线。所述第一转动副轴线垂直于第一移动副轴线。

所述第二连杆的横截面均为圆形；第一移动副可同时沿自身轴线方向移动以及绕第三连杆轴线转动。

实施例三

如图3所示，一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台4、机架5以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支。所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰s1与第一连杆l1；第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二球铰s2、第二连杆l2、第一转动副r1、第三连杆l3以及第一移动副p1，其中第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第三连杆l3同时作为导杆)；第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一虎克铰u1、第四连杆l4、第三球铰s3、第五连杆l5以及第二移动副p2，其中第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第五连杆l5同时作为导杆)。

所述第一连杆、第二连杆与第三连杆平行布置。所述第一移动副轴线平行于第二移动副轴线。所述第一转动副轴线垂直于第一移动副轴线。

所述第二连杆的横截面均为圆形；第一移动副可同时沿自身轴线方向移动以及绕第三连杆轴线转动。

实施例四

如图4所示，一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台4、机架5以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支。所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰s1与第一连杆l1；第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二球铰s2、第二连杆l2、第一转动副r1、第三连杆l3以及第一移动副p1，其中第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第三连杆l3同时作为导杆)；第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第三球铰s3、第四连杆l4、第一虎克铰u1、第五连杆l5以及第二移动副p2，其中第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第五连杆l5同时作为导杆)。

所述第一连杆、第二连杆与第三连杆平行布置。所述第一移动副轴线平行于第二移动副轴线。所述第一转动副轴线垂直于第一移动副轴线。所述第一虎克铰的其中一条转动轴线垂直于第二移动副轴线。

实施例五

如图5所示，一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台4、机架5以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支。所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一虎克铰u1与第一连杆l1；第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二虎克铰u2、第二连杆l2、第一转动副r1、第三连杆l3以及第一移动副p1，其中第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第三连杆l3同时作为导杆)；第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰s1、第四连杆l4、第二球铰s2、第五连杆l5以及第二移动副p2，其中第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第五连杆l5同时作为导杆)。

所述第一连杆、第二连杆与第三连杆平行布置。所述第一移动副轴线平行于第二移动副轴线。所述第一转动副轴线垂直于第一移动副轴线。所述第一虎克铰的其中一条转动轴线垂直于第一移动副轴线与第二移动副轴线。

实施例六

如图6所示，一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台4、机架5以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支。所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一虎克铰u1与第一连杆l1；第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二虎克铰u2、第二连杆l2、第一转动副r1、第三连杆l3以及第一移动副p1，其中第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第三连杆l3同时作为导杆)；第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰s1、第四连杆l4、第三虎克铰u3、第五连杆l5以及第二移动副p2，其中第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第五连杆l5同时作为导杆)。

所述第一连杆、第二连杆与第三连杆平行布置。所述第一移动副轴线平行于第二移动副轴线。所述第一转动副轴线垂直于第一移动副轴线。所述第一虎克铰和第三虎克铰的其中一条转动轴线均垂直于第一移动副轴线与第二移动副轴线。

实施例七

如图7所示，一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台4、机架5以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支。所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一虎克铰u1与第一连杆l1；第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰s1、第二连杆l2、第二球铰s2、第三连杆l3以及第一移动副p1，其中第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第三连杆l3同时作为导杆)；第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第三球铰s3、第四连杆l4、第一转动副r1、第五连杆l5以及第二移动副p2，其中第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第五连杆l5同时作为导杆)。

所述第一连杆、第二连杆与第三连杆平行布置。所述第一移动副轴线平行于第二移动副轴线。所述第一转动副轴线垂直于第二移动副轴线。所述第一虎克铰的其中一条转动轴线垂直于第一移动副轴线与第一移动副轴线。

实施例八

如图8所示，一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台4、机架5以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支。所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一虎克铰u1与第一连杆l1；第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰s1、第二连杆l2、第二球铰s2、第三连杆l3以及第一移动副p1，其中第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第三连杆l3同时作为导杆)；第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二虎克铰u2、第四连杆l4、第三虎克铰u3、第五连杆l5以及第二移动副p2，其中第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第五连杆l5同时作为导杆)。

所述第一连杆、第二连杆与第三连杆平行布置。所述第一移动副轴线平行于第二移动副轴线。所述第一虎克铰与第三虎克铰的其中一条转动轴线均垂直于第一移动副轴线与第一移动副轴线。

实施例九

如图9所示，一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台4、机架5以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支。所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰s1与第一连杆l1；所述第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二球铰s2、第二连杆l2、第一虎克铰u1、第三连杆l3以及第一移动副p1，其中第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第三连杆l3同时作为导杆)；所述第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二虎克铰u2、第四连杆l4、第一转动副r1、第五连杆l5以及第二移动副p2，其中第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第五连杆l5同时作为导杆)。

所述第一连杆、第二连杆与第三连杆平行布置。所述第一移动副轴线平行于第二移动副轴线。所述第一转动副轴线垂直于第二移动副轴线。所述第一虎克铰的其中一条转动轴线垂直于第一移动副轴线与第一移动副轴线。

实施例十

如图10所示，一种两旋转自由度并联机器人，包括动平台4、机架5以及并联连接在动平台与机架之间的三条分支。所述三条分支中：

第一分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一虎克铰u1与第一连杆l1；所述第二分支包括依次连接在动平台与机架之间的第一球铰s1、第二连杆l2、第二虎克铰u2、第三连杆l3以及第一移动副p1，其中第一移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第三连杆l3同时作为导杆)；所述第三分支包括依次连接在动平台与机架之间的第二球铰s2、第四连杆l4、第三虎克铰u3、第五连杆l5以及第二移动副p2，其中第二移动副包括制作在机架上的滑孔以及与滑孔滑动配合的导杆(第五连杆l5同时作为导杆)。

所述第一连杆、第二连杆与第三连杆平行布置。所述第一移动副轴线平行于第二移动副轴线。所述第一虎克铰、第二虎克铰与第三虎克铰的其中一条转动轴线均垂直于第一移动副轴线与第一移动副轴线。

以上实施例中，第一移动副、第二移动副均为主动驱动副，本发明中，主动驱动副由伺服电机带动滚珠丝杠机构实现驱动。