一种3sps+2spr+r型五自由度并联机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人领域，特别涉及一种并联机构。
【背景技术】
[0002]并联机器人相对具有机构刚度大，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优势互补关系。为便于说明，用(n，n = 1，2，3，4，6)表示分支数，用(S，U, P, R)分别表示分支运动链中的(球副，万向副，移动副，转动副)，它们的组合表示分支运动链结构。
[0003]近年来，基于Stewart六自由度6-SPS并联机构已经形成构造多种并联机床的主要机构。与六自由度并联机器人相比，五自由度并联机器人的机构和结构更简单、更容易控制，且满足自由曲面加工要求，在国民经济和国家安全中起着重要作用。在确保五自由度并联机器人优势前提下，专家们一直不懈努力研宄，进一步简化机构和结构，增大动平台位置和姿态工作空间。对其研宄逐步从试验研宄转入到实际应用，近年来成为机器人和高端装备制造领域研宄的热点和前沿方向。
[0004]近年来有关五自由度并联机器人机构有很多种，如:CN1258585公布一种正交五自由度五轴并联虚拟轴机床，CN1462672专利公布一种五自由度并联解耦机构，CN1371786专利公布一种含UPRP型约束分支三移两转五轴联动并联机床机构；CN101049692专利公布由一个三自由度并联机构与二自由度刀架混联的五自由度混联机器人；CN1546287专利公布一种空间五自由度并联机器人机构和一种冗余驱动五自由度并联机床；2002年TsaiLW和方跃法设计一种过约束五自由度并联机构，2005年CN100427276C专利公布一种三移二转五自由度并联机构，用机座上三个平行导轨提供五个移动驱动支撑。2007年黄真等提出一类对称3转2移五自由度并联机构；2008年路懿等提出和研宄五腿4SPS+SPR型、三腿2SPS+PRRPR型和含中间UPU约束分支5SPS+UPU型四种五自由度并联机构；2009年CN101623866B专利公布一种五自由度双重驱动并联机构，它有五个支链，每个支链有两个串联移动驱动副，本质上这种机构有十个驱动，实现五自由度双重宏与微驱动。2010年CN101693366A专利公布一种五自由度并联机构，CN101623866B专利公布一种含串联多驱动分支五自由度双重驱动并联机构；2011年Gosselin等提出一种全对称3转2移5-RPUR型五自由度并联机构。
[0005]综上所述，上述五自由度并联机构各具特色，其构型可分为:动平台和机座都是五副杆，驱动分支结构不同的机构，(如CN1258585专利，CN1462672专利，CN101693366A专利，CN100427276C 专利，CN103085059A 专利，CNlO 1491899 专利，CN103042520A 专利，5-RPUR型机构，4SPS+SPR型机构)；含中间被动约束分支，动平台和机座都是六副杆的机构(如CN1371786专利，CN101850519A专利，5SPS+UPU型机构);用三自由度并联机构与两自由度串联机构混联的机构(如CN101049692专利);含复合驱动腿机构，如CN102248535A专利，CN103465252A 专利，2SPS+PRRPR 型机构。
[0006]至今，用四副杆作动平台，用五副杆作机座构造五自由度并联机构尚未见报道。如何提高五自由度并联机构工作空间，具有良好的运动性能，动平台具有各向平动同性，并能承受大变化载荷，一直是人们努力实现的目标。
【发明内容】
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[0007]本发明目的在于提供一种结构简单、平动性好，工作空间大，向任意方向平动性能同性，承受大变化载荷能力强的3SPS+2SPR+R型五自由度并联机构。本发明的动平台与不同工具联接，可构造多种五自由度并联机器人和装备，尤其适合构造五自由度并联机床。
[0008]本发明包括机座，动平台，横轴，三个结构相同的SPS(球副-移动副-球副)型直线驱动分支，两个结构相同的SPR(球副-移动副-转动副)型直线驱动分支。动平台的一边设有与其平行的水平通孔，横轴穿过通孔，与动平台转动副联接，横轴两端各设有一个通孔，这两个通孔的轴线相互平行，且垂直于横轴；两个SPR型分支的一端分别通过转动副和横轴两端的通孔与横轴两端联接，这两个转动副相互平行，且与横轴垂直，两个SPR型分支的另一端分别通过球副与机座联接；每个SPS型分支两端分别通过球副与动平台和机座联接；三个SPS型直线驱动分支和两个SPR型直线驱动分支在机座与动平台之间呈圆周均布。
[0009]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0010]1.本发明的动平台是四副杆，机座是五副杆，整体结构对称，动平台具有各向平动同性的优势。
[0011 ] 2.三个SPS型直线驱动分支和两个SPR型直线驱动分支在机座与动平台之间呈圆周均布，使得整体结构简单、承载力大、刚度高、灵活性好、工作空间大。
[0012]3.本发明的各分结构相同，互换性好，容易安装与制造。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的立体示意简图。
[0014]图中:1-机座、2-动平台、3-横轴、4-SPS型直线驱动分支、4_1-球副、4_2_移动副电动缸、4-3-球副、5-SPR型直线驱动分支、5-1-球副、5-2-移动副电动缸、5_3_转动副。
【具体实施方式】
[0015]在图1所示的一种3SPS+2SPR+R型五自由度并联机构示意图中，机座I是五副杆平板，动平台2是四副杆平板，动平台的一边设有与其平行的水平通孔，横轴3穿过通孔，与动平台转动副联接，横轴两端各设有一个通孔，这两个通孔的轴线相互平行，且垂直于横轴；两个SPR型分支5中的移动副电动缸5-2的一端分别通过转动副5-3和横轴两端的通孔与横轴两端联接，这两个转动副相互平行，且与横轴垂直，该移动副电动缸另一端分别通过球副5-1与机座联接；三个SPS型分支中的移动副电动缸4-2的一端通过球副4-1与机座联接，该移动副电动缸的另一端通过球副4-3与动平台联接；三个SPS型直线驱动分支和两个SPR型直线驱动分支在机座与动平台之间呈圆周均布。
【主权项】
1.一种3SPS+2SPR+R型五自由度并联机构，主要包括机座，动平台，横轴，三个SPS型直线驱动分支，两个SPR型直线驱动分支，其特征在于:所述机座是五副杆平板，所述动平台是四副杆平板，所述横轴是三副杆，在动平台的一边设有与其平行的水平通孔，横轴穿过通孔，与动平台转动副联接，横轴两端各设有一个通孔，这两个通孔的轴线相互平行，且垂直于横轴；两个SPR型分支中的移动副电动缸的一端分别通过转动副和横轴两端的通孔与横轴两端联接，这两个转动副相互平行，且与横轴垂直，该移动副电动缸另一端分别通过球副与机座联接；三个SPS型分支中的移动副电动缸的两端分别通过球副与动平台和机座联接；三个SPS型直线驱动分支和两个SPR型直线驱动分支在机座与动平台之间呈圆周均布。
【专利摘要】一种3SPS+2SPR+R型五自由度并联机构，主要包括机座，动平台，横轴，三个SPS型直线驱动分支,两个SPR型直线驱动分支。横轴与动平台转动副联接；三个SPS型直线驱动分支和两个SPR型直线驱动分支在机座与动平台之间呈圆周均布，每个SPS型直线驱动分支的两端分别通过球副与动平台和机座联接；两个SPR型直线驱动分支的一端分别通过转动副与横轴两端联接，两个转动副相互平行，且与横轴垂直，两个SPR型直线驱动分支的另一端通过球副与机座联接。本发明具有结构简单、工作空间大、刚度高、各向平动特性好的优点。动平台与不同工具联接，可构造多种五自由度并联机器人和装备。
【IPC分类】B25J11-00
【公开号】CN104608130
【申请号】CN201410717437
【发明人】路懿, 刘洋, 叶妮佳, 路扬, 张灿果, 代卓宏
【申请人】燕山大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月1日