专利名称：一种过约束三自由度并联机器人机构的制作方法
一种过约束三自由度并联机器人机构
技术领域：
本发明涉及机器人和先进制造技术领域，特别涉及一种实现空间一平动两转动的 过约束空间三自由度并联机器人机构。
背景技术：
并联机器人机构可定义为上下平台(固定平台和运动平台)之间用两个或两个 以上的运动支链相连，每个运动支链由连杆和运动副组成，运动平台具有两个或两个以上 自由度，且以并联方式驱动的机构。并联机器人机构广泛应用于大型模拟设备、机器人、数 控机床、传感器、微操作器、雕刻机和测量机等技术领域。Stewart平台是一种典型的并联机 器人机构，该机构具有6个自由度，首次用于并联机器人和数控机床被认为是二十世纪以 来机床结构的一次革命，在这以后发明了多种6自由度并联机构。由于结构的限制，6自由度并联机构有许多技术问题没能很好解决，如运动耦合性 强、运动学正解复杂、工作空间小、传动特性差等。少自由度并联机器人机构在工业生产中 具有广阔的应用前景，不少学者研究了多种该类型的机构，如Delta机构、Star Like机构 等。中国学者在少自由度并联机器人机构的研究方面也取得了大量的研究成果(如专利申 请号01108297. 6 ；01113519. 0 ；03113354. 1 ；200410018623. 8 ；200510037951. 7 等)。目前基于3自由度并联机构机器人机构作为定位部件，在其运动平台串接一个2 自由度的旋转头而构造出5自由度的混联机器人，在高速加工领域内有着广泛的应用前 景，为克服并联结构形式的定位部件存在杆件多、运动副多而导致刚度不足这一问题，需要 创造出满足运动形式要求且运动副少、刚度高的新机型。
发明内容本发明的目的是提供一种结构简单、运动副数目少、成本较低、实现一平动两转动 的空间并联机器人机构。本发明为解决上述问题所采用的方案是设计一种利用较少运动副实现一平动两 转动的空间并联机器人机构。该机构由运动平台1、固定平台2和联接上述两平台的三条 支链Ll，L2，L3组成；其中支链Ll，L2自上而下分别由转动铰Rl，R2、虎克铰Tl，T2，移动 铰Pl，P2以及它们之间的连杆A1B1，A2B2组成；支链3自上而下分别由转动铰R3，球铰链 S1、移动铰P3以及它们之间的连杆A3B3组成；其中所说的连杆A1B1，A2B2，A3B3分别通过移动铰Pl，P2，P3与固定平台相联接，移动 铰Pl，P2，P3为机构驱动副，且杆件A1B1，A2B2的运动轴线共线，杆件A3B3的运动轴线与 杆件A1B1，A2B2的运动轴线垂直；所说的连杆A1B1，A2B2，A3B3分别通过转动铰Rl，R2，R3与运动平台相联接，且转 动铰R1的轴线与移动铰P1的轴线垂直，转动铰R2的轴线与移动铰P2的轴线垂直，转动铰 R3的轴线与移动铰P3的轴线垂直；所说的连杆A1B1，A2B2, A3B3分别通过虎克铰Tl，T2和球铰链S1与移动铰P1，P2，P3相联接，虎克铰Tl，T2上的两个转轴的其中一个轴线分别与转动铰Rl，R2的轴线平 行，球铰链S1的一个轴线与转动铰R3的轴线平行；所说的运动平台1与固定平台2为相似三角形，且为等腰直角三角形，并满足:A1A3丄 A2A3 ；B1B3 丄 B2B3。本发明的有益效果是1、机构工作平台可实现一平动两转动的运动输出。2、机构简单、机构关节少，运动副自由度总数只有13个。3、机构的驱动副完全放置于固定平台之上，大大减少了机构整体的运动惯性，从 而可以实现机构的高速运动。4、可以有效的改善并联机构因运动副自由度过多而导致的容易发生挠曲和扭转 变形的问题。5、通过在运动平台上串接一个夹持工具，由此可应用于高速拾取的场合。
图1是本发明的过约束三自由度并联机器人机构示意图。以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式利用较少运动副实现一平动两转动的空间并联机器人机构，且该机构的驱动部分 完全放置于固定平台，大大减少了机构整体的运动惯性。该机构由运动平台1、固定平台2 和联接上述两平台的三条支链L1，L2，L3组成；其中支链L1，L2自上而下分别由转动铰R1， R2、虎克铰T1，T2，移动铰P1，P2以及它们之间的连杆A1B1，A2B2组成；支链3自上而下分 别由转动铰R3，球铰链S1、移动铰P3以及它们之间的连杆A3B3组成；其中连杆A1B1，A2B2， A3B3分别通过移动铰Pl，P2，P3与固定平台相联接，移动铰Pl，P2，P3为机构驱动副，且杆 件A1B1，A2B2的运动轴线共线，杆件A3B3的运动轴线与杆件A1B1，A2B2的运动轴线垂直； 连杆A1B1，A2B2, A3B3分别通过转动铰Rl，R2，R3与运动平台相联接，且转动铰R1的轴线 与移动铰P1的轴线垂直，转动铰R2的轴线与移动铰P2的轴线垂直，转动铰R3的轴线与移 动铰P3的轴线垂直；连杆A1B1，A2B2, A3B3分别通过虎克铰Tl，T2和球铰链S1与移动铰 P1，P2，P3相联接，虎克铰T1，T2上的两个转轴的其中一个轴线分别与转动铰R1，R2的轴线 平行，球铰链S1的一个轴线与转动铰R3的轴线平行；运动平台1与固定平台2为相似三角 形，且为等腰直角三角形，并满足A1A3丄A2A3 ；B1B3丄B2B3。如图1所示，与固定平台相连的移动铰为Pl，P2，P3为驱动副，通过电机带动滚珠 丝杆来驱动。当各驱动副在控制下运动不同的位移时，其余各转动副、虎克铰、球铰链则在 连杆和运动平台的拉动下，做相应的运动，从而实现运动平台在工作空间内做一平动两转 动运动。
权利要求
一种过约束三自由度空间并联机器人机构，其特征在于该机构由运动平台1、固定平台2和联接上述两平台的三条支链L1，L2，L3组成；其中支链L1，L2自上而下分别由转动铰R1，R2、虎克铰T1，T2，移动铰P1，P2以及它们之间的连杆A1B1，A2B2组成；支链3自上而下分别由转动铰R3，球铰链S1、移动铰P3以及它们之间的连杆A3B3组成；其中所说的连杆A1B1，A2B2，A3B3分别通过移动铰P1，P2，P3与固定平台相联接，移动铰P1，P2，P3为机构驱动副，且杆件A1B1，A2B2的运动轴线共线，杆件A3B3的运动轴线与杆件A1B1，A2B2的运动轴线垂直；所说的连杆A1B1，A2B2，A3B3分别通过转动铰R1，R2，R3与运动平台相联接，且转动铰R1的轴线与移动铰P1的轴线垂直，转动铰R2的轴线与移动铰P2的轴线垂直，转动铰R3的轴线与移动铰P3的轴线垂直。
2.如权利要求1所述的过约束三自由度空间并联机器人机构，其特征在于，所说的连 杆A1B1, A2B2, A3B3分别通过虎克铰Tl，T2和球铰链S1与移动铰Pl，P2，P3相联接，虎克 铰T1，T2上的两个转轴的其中一个轴线分别与转动铰R1，R2的轴线平行，球铰链S1的一个 轴线与转动铰R3的轴线平行。
3.如权利要求1所述的过约束三自由度空间并联机器人机构，其特征在于，所说的 运动平台1与固定平台2为相似三角形，且为等腰直角三角形，并满足A1A3丄A2A3 ； B1B3 丄 B2B3。
全文摘要
一种过约束三自由度并联机器人机构，涉及机器人和先进制造技术领域，特别涉及一种实现空间一平动两转动的过约束空间三自由度并联机器人机构。该机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条支链组成，其中两条支链分别由运动平台到固定平台分别由转动铰、虎克铰、移动铰，以及它们之间的连杆组成，另一条支链自上而下分别由转动铰、球铰链、移动铰，以及它们之间的连杆组成。本发明的机构其工作平台可实现一平动两转动的运动输出；该机构关节少，运动副自由度总数只有13个，使得它可以有效的改善并联机构因运动副自由度过多而导致的容易发生挠曲和扭转变形的问题。由于机构的三个驱动副(移动铰)直接与固定平台相接，由此大大减少了机构的运动惯性，从而可以实现机构的高速运动。另外通过在运动平台上串接相应的夹持工具，可用于高速拾取等场合。
文档编号B25J9/08GK101875198SQ20101022550
公开日2010年11月3日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者李彬, 赵新华, 魏璇 申请人:天津理工大学