专利名称：一种带有主动伸缩杆的三转动自由度并联机器人的制作方法
技术领域：
本发明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 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，有两类机构串联和并联。 串联式是各杆件通过运动副依次相连的开式链，这类机器人具有大的作业空间 和高的灵活性，但是随着人们对机器人性能的要求不断提高，串联机构本身所固 有的缺陷如误差积累效应，负载驱动能力有限等，逐渐限制了串联机构的性能。
现有的并联机器人是由多个运动链的一端同时与一个具有多自由度的终端 操作器相连而构成的机器人，理论上它具有承载能力强，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。目前，并联机器人 已被成功地应用于工业机器人、数控机床、运动模拟器、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方面。
近年来人们把注意力转向了少自由度并联机构，即动平台运动自由度数目 少于6的并联机构。其中，三转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。三转动自由度的并联机构一般用于机器人肩关节、卫星跟踪随动装 置、灵捷眼以及数控回转台等需要结构紧凑且要求较大回转角的场合。然而， 现有的三转动自由度并联机构一般为球面机构，具有结构要求苛刻，制造装配 较为困难等缺陷，由于要求转动平台与静平台之间主动支链的诸多关节轴线交 于一点，使得此类机构的负载能力与静刚度不高。
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强刚度的三 转动自由度并联机器人机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构筒单、安装方便且具有较大负载能力和较 强刚度的三转动自由度并联机器人机构。
为了实现上述目的，本发明提出一种带有主动伸缩杆的三转动自由度并联 机器人，包括静平台、动平台及连接所述静平台和动平台的支链组件，所述支 链组件包括一条定长支链和三条结构相同的主动支链，所述定长支链的一端垂 直固结于所述静平台，另一端活动连接于所述动平台，所述主动支链为可伸缩 杆结构，活动连接于所述动平台和所迷静平台之间并关于所述定长支链对称分 布。
较佳地，所述定长支链包括支撑杆、转动副和虎克铰，所述虎克铰的一端 通过所述转动副与所述支撑杆相连，另一端连接于所述动平台，所述转动副的 轴线垂直于所述静平台。
较佳地，所述定长支链包括支撑杆和球铰，所述支撑杆的一端垂直固结于
所述静平台，另一端通过所述^求4交与所述动平台连才矣。
较佳地，所述主动支链与所述动平台之间通过球铰连接，所述主动支链与 所述静平台之间也通过球铰连接。
较佳地，所述主动支链与所述动平台之间通过虎克铰连接，所述主动支链 与所述静平台之间通过球铰连接
较佳地，所述主动支链与所述动平台之间通过球铰连接，所述主动支链与 所述静平台之间通过虎克铰连接
较佳地，所述主动支链与所述动平台的连接处呈等边三角形分布，所述主 动支链与所述静平台的连接处也呈等边三角形分布。
较佳地，所述主动支链上i史有动力驱动^/L构，所述动力驱动^u勾为电^a区 动丝杠装置。
较佳地，所述主动支链上设有动力驱动才几构，所述动力驱动一几构为液压驱 动装置。与现有技术相比，本发明三转动自由度并联机器人机构的三条主动支链采 用结构相同的可伸缩杆结构，机器人机构结构简单、且安装方便，此外，由于 固结于静平台的定长支链对动平台提供约束运动和支撑作用，使得本发明机构 在实现三转动自由度的同时具有负载能力大且刚度大等优点，可用于大负载应 用场合的姿态调节与跟踪装置。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释 本发明的实施例。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些 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 可以才艮据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明三转动自由度并联机器人机构第一实施例的示意图。
图2为本发明三转动自由度并联机器人机构第二实施例的示意图。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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发明一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
参照图1 ，图1展示了本发明三转动自由度并联机器人机构的第一个实施例， 该三转动自由度并联机器人机构10包括静平台100、动平台200及连接所述静 平台100和动平台200的支链组件，所述支链组件包括一条定长支链300和三 条结构相同的主动支链400,所述定长支链300的一端垂直固结于所述静平台 100,另一端活动连接于所述动平台200，所述主动支链400为可伸缩杆结构， 活动连接于所述动平台200和所述静平台100之间并关于所述定长支链300对称分布。具体地，所述主动支链400与所述动平台200的连接处呈等边三角形 分布，所迷主动支链400与所述静平台IOO的连接处也呈等边三角形分布。
其中，所述定长支链300包括支撑杆310、转动副320和虎克4史330,所述 虎克4交330的一端通过所述转动副320与所述支撑4干310相连，另一端连4^于 所述动平台200，所述转动副320的轴线垂直于所述静平台100。所述主动支链 400上端通过球铰410与所述动平台200活动连接，所述主动支链400下端通过 球铰420与所述静平台100活动连接。所述主动支链400上设有动力驱动机构 (图未示)以对所述主动支《连400的伸缩提供动力，所述动力驱动机构可为电 机驱动丝杠装置，但不限于此装置，其它任意一种可实现相同驱动效果的驱动 ^/L构(如液压驱动装置)均可应用于此。
本发明中，所述主动支链400为可伸缩结构，活动链接于所述静平台100 和动平台200之间，所述定长支链300的下端垂直固结于静平台100，上端与动 平台200相连从而对所述动平台200起到支撑和约束运动的作用，进而4吏整个 机构具有三转动自由度，所述动平台200只能绕固定点做三个坐标轴方向上的 寿争动运动。
参照图2,图2展示了本发明三转动自由度并联机器人机构的第二个实施例， 该三转动自由度并联机器人机构IO，包括静平台100，、动平台200，及连接所述静 平台IOO，和动平台200，的支链组件，所述支链组件包括一条定长支链300，和三 条结构相同的主动支链400，，所述定长支链300'的一端垂直固结于所述静平台 100，，另一端活动连接于所述动平台200，，所述主动支链400，为可伸縮杆结构， 活动连接于所述动平台200，和所述静平台IOO，之间并关于所述定长支链300，对 称分布。具体地，所述主动支链400，与所述动平台200，的连接处呈等边三角形 分布，所述主动支链400，与所述静平台IOO，的连接处也呈等边三角形分布。
其中，所述定长支链300，包括支撑杆310，和球铰320，，所述支撑杆310，的 下端垂直固结于所述静平台100，，下端通过所述球铰320，与所述动平台200，连 接。所述主动支链400，上端通过球铰410，与所述动平台200'活动连接，所述主 动支链400，下端通过虎克铰420，与所述静平台IOO，活动连接。具体地，所述静
7平台ioo，上设有三个基座iio'，所述基座uo，设有一个斜面iir,所述虎克铰
420，连接于所述斜面lll，上。所述主动支链400，上设有动力驱动机构(图未示) 以对所述主动支链400，的伸缩提供动力，所述动力驱动4几构可为液压驱动装置，
但不限于此装置，其它任意一种可实现相同驱动效果的驱动机构(如电机驱动 丝杠装置)均可应用于此。
本发明三转动自由度并联机器人机构的第三个实施例与第二个实施例大部
分结构相同，其不同点为所述主动支链上端通过虎克4交与所述动平台活动连 接，所述主动支链下端通过球铰与所述静平台活动连接。
与现有技术相比，本发明三转动自由度并联机器人机构的三条主动支链采 用结构相同的可伸缩杆结构，机器人机构结构简单、且安装方便，此外，由于 固结于静平台的定长支链对动平台提供约束运动和支撑作用，使得本发明机构 在实现三转动自由度的同时具有负载能力大且刚度大等优点，可用于大负载应 用场合的姿态调节与跟踪装置。
本发明所涉及的电机驱动丝杠装置和液压驱动装置的具体结构，均为本领 域普通技术人员所熟知，在此不再々丈详细的说明。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示 的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
权利要求
1.一种带有主动伸缩杆的三转动自由度并联机器人，包括静平台、动平台及连接所述静平台和动平台的支链组件，其特征在于所述支链组件包括一条定长支链和三条结构相同的主动支链，所述定长支链的一端垂直固结于所述静平台，另一端活动连接于所述动平台，所述主动支链为可伸缩杆结构，活动连接于所述动平台和所述静平台之间并关于所述定长支链对称分布。
2. 如权利要求1所述的三转动自由度并联机器人机构，其特征在于所述 定长支链包括支撑杆、转动副和虎克铰，所述虎克铰的一端通过所述转动副与 所述支撑杆相连，另一端连接于所述动平台，所述转动副的轴线垂直于所述静 平台。
3. 如权利要求1所述的三转动自由度并联机器人机构，其特征在于所述 定长支链包括支撑杆和球铰，所述支撑杆的一端垂直固结于所述静平台，另一 端通过所述球铰与所述动平台连4^。
4. 如权利要求1所述的三转动自由度并联机器人机构，其特征在于所述 主动支链与所述动平台之间通过球铰连接，所述主动支链与所述静平台之间也通过球铰连接。
5. 如权利要求1所述的三转动自由度并联机器人机构，其特征在于所述 主动支链与所述动平台之间通过虎克铰连接'所述主动支链与所述静平台之间 通过5求4i连接。
6. 如权利要求1所述的三转动自由度并联机器人机枸，其特征在于所述 主动支链与所述动平台之间通过球4交连接'所述主动支《连与所述静平台之间通过虎克^l交连接。
7. 如权利要求1所述的三转动自由度并联机器人机构，其特征在于所述主动支链与所迷动平台的连接处呈等边三角形分布，所述主动支链与所述静平 台的连接处也呈等边三角形分布。
8. 如权利要求1所述的三转动自由度并联机器人机构，其特征在于所述 主动支链上设有动力驱动机构，所述动力驱动机构为电机驱动丝杠装置。
9. 如权利要求1所述的三转动自由度并联机器人机构，其特征在于所述 主动支链上设有动力驱动机构，所述动力驱动机构为液压驱动装置。
全文摘要
本发明公开了一种带有主动伸缩杆的三转动自由度并联机器人，包括静平台、动平台及连接所述静平台和动平台的支链组件，所述支链组件包括一条定长支链和三条结构相同的主动支链，所述定长支链的一端垂直固结于所述静平台，另一端活动连接于所述动平台，所述主动支链为可伸缩杆结构，活动连接于所述动平台和所述静平台之间并关于所述定长支链对称分布。本发明三转动自由度并联机器人机构结构简单、且安装方便，此外，由于固结于静平台的定长支链对动平台提供约束运动和支撑作用，使得本发明机构在实现三转动自由度的同时具有负载能力大且刚度大等优点，可用于大负载应用场合的姿态调节与跟踪装置。
文档编号B25J17/00GK101628417SQ20091004167
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月6日 优先权日2009年8月6日
发明者杨 刘, 包能胜, 李润钿, 赵永杰 申请人:汕头大学;汕头轻工装备研究院