专利名称：一种三移一转四自由度空间并联机构的制作方法
技术领域：
本发明属于并联机器人领域，特别涉及一种应用于包装、制造、装配以及材料拾取等生产线 的能够实现高速运动的四自由度空间并联机构。
背景技术：
并联机构是由多个支链构成的闭环机构，与之相应的传统机构多采用单个开链式结构实现终端的多个自由度，这类机构通常被称为串联机构。而并联机构中，自由度数少于六的机构被称为少自由度并联机构，本发明的四自由度并联机构便属于此类机构。近年来，少自由度并联机构越来越受到研究者的重视和青睐，Clavel最早提出了由三条对称支链构成的可实现三维平动的Delta机构，后被ABB公司推广并应用于食品包装等生产线中代替人工完成食品等的分拣操作，此类机构具有能够实现高速运动的特性。而对于分拣生产线，输送的产品其排列通常杂乱无章，需要机械手具有灵活的转动能力以增加拾取动作的柔性和效率，为此，Pierrot等提出了具有四支链、双动平台特征的可实现SCARA (SelectiveCompliance Assembly Robot Arm)运动的H4型并联机构，并将其商业化,基于该机构的Adept Quattro S650H机械手已成功应用于生产线。该机构可实现空间的三维平动和一维转动，该转动自由度是由双平台的相对运动产生的，满足了分拣生产线对于机械手转动能力的需求。但是，由于H4机构的双平台结构，使得其结构复杂，同时也增加了运动学的复杂性，对其高速高动态响应的特性产生不利影响，在生产线上应用时不利于生产效率的更进一步提闻。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述H4机构中的双平台结构对机械手高速高动态响应的不利影响，提出一种三移一转四自由度空间并联机构，具有单动平台结构特征，能够实现SCARA运动的三平动一转动四自由度空间的并联机构，该机构结构简化，进而达到简化运动学并提闻其闻速闻动态响应的目的。本发明提出的一种三移一转四自由度空间并联机构，其特征在于该机构包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的四个支链；第一、第二、第三和第四支链均包括连杆、平行四边形机构、连接件以及运动副；所述运动副有四个，一个是连接于定平台和连杆之间的转动副(R)，一个是连接于连杆和平行四边形机构之间的转动副(R)，一个是连接于平行四边形机构和连接件之间的转动副(R)，一个是连接于连接件与动平台之间的转动副，该四个支链均为SR(Pa)RR型运动支链；所述平行四边形机构(Pa)是由上连杆、下连杆、左连杆和右连杆通过转动副(R)首尾顺次连接构成的封闭环机构；其中，连接于定平台和连杆之间的转动副(R)是主动驱动的；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个平动自由度和一个转动自由度。本发明还提出另一种三移一转四自由度空间并联机构，其特征在于该机构包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的四个支链；所述第一、第二、第三和第四支链均包括滑块、平行四边形机构、连接件以及运动副。所述运动副有四个，一个是连接于定平台和滑块之间的移动副(P)，一个是连接于滑块和平行四边形机构之间的转动副(R)，一个是连接于平行四边形机构和连接件之间的转动副(R)，一个是连接于连接件与动平台之间的转动副(R)。所述平行四边形机构(Pa)是由上连杆、下连杆、左连杆和右连杆通过转动副(R)首尾顺次连接构成的封闭环机构，该四个支链均为ER(Pa)RR型运动支链；其中，连接于定平台和滑块之间的移动副P是主动驱动的；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个平动自由度和一个转动自由度。本发明的特点及技术效果本发明提出一种具有单平台结构特征的能够实现SCARA运动的三平动一转动四自由度空间并联机构。
本发明的三移一转四自由度空间并联机构通过四个主动驱动的运动副驱动动平台运动，实现空间内的三维平动运动和一维转动运动，该机构具有单平台结构，结构简洁，运动学相对简单，有利于其高速高加速的动态响应特性的提高，应用于分拣生产线时可有效提高生产效率。同时，工程应用实践表明具有本发明的机构支链结构特征的并联机构更容易实现闻速闻加速运动。
图I为本发明实施例一的结构示意图。图2为本发明实施例二的结构示意图。
具体实施例方式本发明的一种三移一转四自由度空间并联机构结合附图及实施例详细说明如下本发明提出的两种三移一转四自由度空间并联机构，包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的具有相同结构的第一、第二、第三和第四支链，该第一、第二、第三和第四支链均含有一个主动驱动的运动副；第一、第二、第三和第四支链均为ER (Pa) RR型运动支链或￡R (Pa) RR型运动支链(其中，R代表转动副，Pa代表平行四边形机构，P代表移动副，且S和￡代表该运动副是主动驱动的)。具体说明如下第一种机构的第一、第二、第三和第四支链均包括连杆、平行四边形机构、连接件以及运动副。所述运动副有四个，一个是连接于定平台和连杆之间的转动副R，一个是连接于连杆和平行四边形机构之间的转动副R，一个是连接于平行四边形机构和连接件之间的转动副R，一个是连接于连接件与动平台之间的转动副R。所述平行四边形机构是由上连杆、下连杆、左连杆和右连杆通过转动副首尾顺次连接构成的封闭环机构。其中，连接于定平台和连杆之间的转动副R是主动驱动的，该支链为ER (Pa) RR型运动支链。第二种机构的第一、第二、第三和第四支链也可包括滑块、平行四边形机构、连接件以及运动副。所述运动副有四个，一个是连接于定平台和滑块之间的移动副P，一个是连接于滑块和平行四边形机构之间的转动副R，一个是连接于平行四边形机构和连接件之间的转动副R，一个是连接于连接件与动平台之间的转动副R。所述平行四边形机构是由上连杆、下连杆、左连杆和右连杆通过转动副首尾顺次连接构成的封闭环机构。其中，连接于定平台和滑块之间的移动副P是主动驱动的，该支链为ER(Pa)RR型运动支链。实施例一
本实施例的一种三移一转四自由度空间并联机构的结构如图I所示，包括定平台18、动平台11以及第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV，所述四条支链分别连接于定平台18和动平台11之间，并与定平台18和动平台11构成空间闭环机构。所述第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV结构完全相同，均为ER(Pa) RR型运动支链，图中，第一支链I包括连杆17、平行四边形机构Pa、连接件12以及运动副。所述运动副有四个，一个是连接于定平台18和连杆17之间的转动副R，一个是连接于连杆17和平行四边形机构Pa之间的转动副R，一个是连接于平行四边形机构Pa和连接件12之间的转动副R，一个是连接于连接件12与动平台11之间的转动副R。所述平行四边形机构Pa是由上连杆16、下连杆13、左连杆14和右连杆15通过转动副首尾顺次连接构成的封闭环机构。其中，连接于定平台18和连杆17之间的转动副R是主动驱动的。连接于所述动平台11与所述第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV之间的四个转动副相互平行且在所述动平台11上呈非正方形布置，当呈正方形布置时机构发生奇异，此时机构无效。因此，所有呈非正方形布置情形均属于本发明保护范围。实施例二本实施例的一种三移一转四自由度空间并联机构的结构如图2所示，与实施例一类似，同样包括结构完全相同的第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV。本实施例与实施例一不同的是所述第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV均为￡R(Pa) RR型运动支链，即本实施例与实施例一的不同在于采用了移动副主动驱动的驱动形式。体现在具体结构上为其第一支链I的滑块22与所述平行四边形机构Pa的上连杆21通过转动副连接，滑块22与定平台23通过移动副连接且该移动副是主动驱动的。本实施例中，定平台由四块分离的固定平板(23、24、25和26)组成，该四块固定平板均竖直放置且在圆周上呈均匀对称布置。
权利要求
1.一种三移一转四自由度空间并联机构,其特征在于该机构包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的四个支链；第一、第二、第三和第四支链均包括连杆、平行四边形机构、连接件以及运动副；所述运动副有四个，一个是连接于定平台和连杆之间的转动副(R)，一个是连接于连杆和平行四边形机构之间的转动副(R)，一个是连接于平行四边形机构和连接件之间的转动副(R)，一个是连接于连接件与动平台之间的转动副；所述平行四边形机构(Pa)是由上连杆、下连杆、左连杆和右连杆通过转动副(R)首尾顺次连接构成的封闭环机构；其中，连接于定平台和连杆之间的转动副(R)是主动驱动的；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个平动自由度和一个转动自由度。
2.一种三移一转四自由度空间并联机构，其特征在于该机构包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的四个支链；所述第一、第二、第三和第四支链均包括滑块、平行四边形机构、连接件以及运动副；所述运动副有四个，一个是连接于定平台和滑块之间的移动副(P)，一个是连接于滑块和平行四边形机构之间的转动副(R)，一个是连接于平行四边形机构和连接件之间的转动副(R)，一个是连接于连接件与动平台之间的转动副(R);所述平行四边形机构(Pa)是由上连杆、下连杆、左连杆和右连杆通过转动副(R)首尾顺次连接构成的封闭环机构；其中，连接于定平台和滑块之间的移动副P是主动驱动的；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个平动自由度和Iv转动自由度。
3.如权利要求2所述机构，其特征在于，定平台由四块分离的固定平板组成，该四块固定平板均竖直放置且在圆周上呈均匀对称布置。
4.如权利要求I或2所述机构，其特征在于，连接于所述动平台与所述第一支链、第二支链、第三支链和第四支链之间的四个转动副或移动副相互平行且在所述动平台上呈非正方形布置。
全文摘要
本发明涉及一种三移一转四自由度空间并联机构，属于并联机器人技术领域。包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的具有相同结构的第一、第二、第三和第四支链，该第一、第二、第三和第四支链均含有一个主动驱动的运动副；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现空间内的三维平动和一维转动运动。该空间并联机构具有单平台结构特征，容易实现高速高动态响应特性，适用于分拣生产线上实现快速抓取动作。
文档编号B25J9/00GK102922511SQ20121043389
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月2日 优先权日2012年11月2日
发明者谢福贵, 刘辛军, 汪劲松, 尤政 申请人:清华大学