专利名称：三转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。现有的并联机器人是一种具有多个运动自由度，并且驱动器分配在不同环路上的 的闭式多环机器，即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。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有一百多种，但实用的三转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。
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，本实用新型提出一种三转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、丝杆、滑鞍、支撑杆以及连杆，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活动连接所述活动平台，所述丝杆安装于所述基座上，所述滑鞍滑动连接于所述丝杆，所述连杆的一端活动连接所述活动平台，所述连杆的另一端分 别活动连接相应的所述滑鞍，所述驱动机构安装在所述基座上并与所述丝杆连接，所述驱 动机构驱动所述丝杆与滑鞍，所述滑鞍通过所述连杆带动所述活动平台活动。与现有技术相比，本实用新型三转动自由度并联机器人中驱动机构驱动连杆运 动，该支撑杆配合该连杆，对活动平台提供约束及支撑的作用，一方面，本实用新型三转动 自由度并联机器人结构简单、标准化强且安装方便，具有高刚度、高精度、低惯性、高动态性 能的优点，另一方面，所述活动平台能绕固定点做三个坐标轴方向上的转动运动，实现本实 用新型三转动自由度并联机器人具有三转动自由度，适用于大负载应用场合的姿态调节与 跟踪装置。另外，本实用新型三转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定标。较佳地，本实用新型三转动自由度并联机器人的所述基座为一锥台，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活动连接于所述活 动平台的中心。较佳地，本实用新型三转动自由度并联机器人的所述活动平台呈三角形状，所述 连杆为三个，三个所述连杆的一端分别相对应地活动连接于所述三角形的三条边上，三个 所述连杆的另一端分别活动连接相应的所述滑鞍，且三个所述连杆相对于支撑杆对称设置。较佳地，本实用新型三转动自由度并联机器人的所述连杆的一端通过球铰活动连 接于所述活动平台，所述连杆的另一端分别通过第一虎克铰活动连接相应的所述滑鞍。较佳地，本实用新型三转动自由度并联机器人还包括转动副，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转动副的一端，所述转动副的另一端通 过第二虎克铰活动连接所述活动平台。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为本实用新型三转动自由度并联机器人的结构示意图。
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展示了本实用新型三转动自由度并联机器人的结构示意图。该三转 动自由度并联机器人1包括基座11、活动平台12、驱动机构13、丝杆14、滑鞍15、支撑杆16以及连杆17。具体地，如图1所示，该三转动自由度并联机器人1的基座11为呈一锥台状，所述 基座11为三转动自由度并联机器人1的基底部分。所述基座11上安装有三根丝杆14，三 根所述丝杆14相对于锥台的中心线对称地分布于所述基座11上。三根所述丝杆14可通 过焊接或者螺丝连接的方式安装于基座11上。所述丝杆14上分别对应地设置有滑鞍15， 且，三个滑鞍15分别对应地设置与三个所述丝杆14上。详细地，所述滑鞍15滑动地连接在 所述丝杆14上，所述驱动机构13安装于所述基座11上，并与所述丝杆14连接，所述驱动 机构13驱动所述丝杆14带动所述滑鞍15沿着丝杆14滑动。所述驱动机构13可为电机 装置，但不限于电机装置，可为驱动丝杆的其它任意一种可实现相同驱动效果的驱动机构。如图1所示，三转动自由度并联机器人1的所述活动平台12呈三角形状，在本实 施例中，所述活动平台12呈等边三角形。三个所述滑鞍15上分别安装有第一虎克铰151， 所述第一虎克铰151的一端与所述滑鞍15相连接，所述第一虎克铰151的另一端连接所述 连杆17的一端，即三个所述连杆17分别通过所述第一虎克铰151活动连接相应的所述滑 鞍15 ；所述连杆17的另一端安装有第一球铰171，所述连杆17通过所述第一球铰171活动 连接于所述活动平台12，详细地，所述第一球铰171为三个，三个所述连杆17通过分别通 过对应的所述第一球铰171与等边三角形状的所述活动平台12活动连接，且，三个所述连 杆17分别向对应地通过所述第一球铰171活动连接于等边三角形的的三条边上。三个所 述球铰171相对于所述活动平台12的中心对称设置。如图1所示，三转动自由度并联机器人1的支撑杆16的一端通过螺钉连接或者焊 接的方式固定连接于所述基座11的中心，所述支撑杆16的另一端连接转动副161的一端， 所述转动副161的另一端通过第二虎克铰162连接所述活动平台12的中心，所述支撑杆16 为从基座11的中心向上垂直延伸，并最终连接所述活动平台12的中心的杆件。三个所述 连杆17相对与支撑杆16对称设置。参考图1，在本实用新型中，所述驱动机构13分别驱动三个所述丝杆14，三个所述 丝杆14分别带动连接其上的所述滑鞍15沿着丝杆14移动，进而所述滑鞍15带动连接其 上的连杆17活动，所述连杆17带动活动平台12活动。由于支撑杆16通过安装其上的转 动副161与第二虎克铰162，支撑所述活动平台12的中心，使得当三个所述连杆17带动所 述活动平台12活动的同时，支撑杆16对活动平台12起到支撑与限位的作用，进而使本实 用新型三转动自由度并联机器人1能绕第二虎克铰162做三个坐标轴方向上的转动运动， 实现三转动自由度。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。
权利要求一种三转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、丝杆、滑鞍、支撑杆以及连杆，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活动连接所述活动平台，所述丝杆安装于所述基座上，所述滑鞍滑动连接于所述丝杆，所述连杆的一端活动连接所述活动平台，所述连杆的另一端分别活动连接相应的所述滑鞍，所述驱动机构安装在所述基座上并与所述丝杆连接，所述驱动机构驱动所述丝杆与滑鞍，所述滑鞍通过所述连杆带动所述活动平台活动。
2.如权利要求1所述的三转动自由度并联机器人，其特征在于，所述基座为一锥台，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活动连接 于所述活动平台的中心。
3.如权利要求2所述的三转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，所述连杆为三个，三个所述连杆的一端分别相对应地活动连接于所述三角形的三条 边上，三个所述连杆的另一端分别活动连接相应的所述滑鞍，且三个所述连杆相对于支撑 杆对称设置。
4.如权利要求1-3任一项所述的三转动自由度并联机器人，其特征在于，所述连杆的 一端通过球铰活动连接于所述活动平台，所述连杆的另一端分别通过第一虎克铰活动连接 相应的所述滑鞍。
5.如权利要求1-3任一项所述的三转动自由度并联机器人，其特征在于，还包括转动 副，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转动副的一端，所 述转动副的另一端通过第二虎克铰活动连接所述活动平台。
专利摘要本实用新型公开了一种三转动自由度并联机器人，包括基座、活动平台、驱动机构、丝杆、滑鞍、支撑杆以及连杆；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活动连接所述活动平台，所述丝杆安装于所述基座上，所述滑鞍滑动连接于所述丝杆，所述连杆的一端活动连接所述活动平台，所述连杆的另一端分别活动连接相应的所述滑鞍，所述驱动机构安装在所述基座上并与所述丝杆连接，所述驱动机构驱动所述丝杆与滑鞍，所述滑鞍通过所述连杆带动所述活动平台活动。本实用新型三转动自由度并联机器人机构结构简单、且安装方便，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B25J9/08GK201579789SQ200920264678
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者刘杨, 李润钿, 谢荣生, 赵永杰 申请人:汕头大学;汕头轻工装备研究院