含平面六杆闭环支链6自由度并联机构的制作方法
【专利摘要】一种含平面六杆闭环支链6自由度并联机构，其主要包括机座、动平台、连接机座和动平台的3个结构完全相同的平面六杆闭环支链、3个动柱和3个定柱，其中3个定柱垂直固定在机座上，3个动柱与动平台垂直转动联接，上述定柱均与平面六杆闭环支链中的下梁中部垂直转动联接，上述动柱均与平面六杆闭环支链中的上梁中部垂直转动联接，平面六杆闭环支链中2个相同的直线电动缸的上端分别与上梁两端转动联接，其下端分别与下梁两端转动联接，上下四个转动轴相互平行。本发明具有结构简单、容易制造、承载力大、刚度高、工作空间大、灵活性好和精度高等优点。
【专利说明】含平面六杆闭环支链6自由度并联机构
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及机器人领域，特别是一种并联机器人。
【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，应用上与串联机器人优势互补。多年来，六自由度并联机构已成为构造多种并联机器人/机床、重型装备的主要机构。1965年Stewart提出的Stewart平台是典型的六自由度并联机构，已经得到广泛应用。Stewart平台包括I个动平台、I个机座和6个SPU(球副-移动副-万向副)型直线驱动分支。在确保六自由度并联机器人优势前提下，如何进一步简化结构，增大动平台位置工作空间和灵巧度，增大承载能力，成为机器人研究领域专家们不懈努力的方向。目前对并联机器人的研究逐步从理论与试验研究转入到实际应用，已成为机器人和高端装备制造领域研究热点的和前沿。
[0003]2004年清华大学刘辛军公开的并联机器人连接分支结构及六自由度并联机器人机构CN1472046。它包括动平台、机座、和连接于机座与动平台的3个平行四边形支链，每个支链上端连杆与动平台转动联接，下端连杆与机座以2个移动自由度的非具体结构的概念形式联接。
[0004]2008年西安建筑科技大学贺利乐公开了一种含五杆闭链的混合驱动6自由度并联机构CN201009243，它包括动平台、机座、和连接于机座与动平台的3个五杆闭环支链，每个支链通过复合球副与动平台相连，通过转动副与机座相连；每个支链下端设有4个回转副，2个回转副组成I组混合回转驱动。
[0005]2010哈尔滨工业大学李兵等公开一种大倾角六自由度并联机器人CN101712151A，包含基座、动平台、以及连接于动平台与基座之间的5个6自由度运动支链组成。连接于动平台与基座的5个支链中有4个分布在动平台的周边并与基座连接，称之为周边支链，周边支链只有一个关节为驱动关节，第5个支链置于动平台中间并与基座连接，中央支链由2个移动副和2个虎克铰组成，2个移动副为驱动关节，中央支链的作用是通过控制其驱动输入，使得中央支链能够推动机器人动平台实现大角度的倾转运动。
[0006]2011年广西大学蔡敢为等公开一种5R闭环子链六自由度并联机构201110283400.4，它包含I个动平台、I个机座、3个平面5杆闭环机构和3个子转台。每个5杆机构包括机座、2个驱动摆杆和2个连杆。每个子转台上端与动平台球铰联接、下端与5杆闭环机构的一个连杆球铰联接。由于3个平面5杆闭环机构与机座平行，承受垂直机座方向主要载荷能力有限。2012年又公开一种可控机构式六自由度并联机器人平台CN202399270U,其结构类似Stewart平台，不同处在于用RSS型转动驱动分支代替SPU型直线驱动分支。
[0007]2012年汕头大学赵永杰等公开一种少支链六自由度并联机器人CN102350699A，它由动平台、机座及4条主动支链组成，每条支链连接于动平台与机座之间。4条支链，有3条支链结构相同，为外部主动运动支链，在空间中呈轴对称分布，另一条支链为中间主动运动支链，4条支链相互协作，实现动平台的空间六自由度运动。
[0008]上述机构各具特色，但也有以下一些技术问题:
[0009]1、球副自身结构限制其转动范围和承受拉力的能力，限制消除间隙能力，万向副自身结构限制其转动范围，所以含球副与万向副的并联机构的动平台有效工作空间和承载能力受到极大限制，短期磨损后就会产生间隙，降低传动精度。
[0010]2、支链与机座的2个移动自由度的联接形式复杂，难以确保整体结构简单，传动精度高的和较好的稳定性。
[0011]3、在避免支链相互干涉前提下，平行四边形支链2个移动及高度变化范围较小，难以增大机构工作空间，三组5杆闭环支链容易相互干涩，转动驱动承载力较低，工作空间有限。
[0012]4、复合球副结构复杂，难以制造，有比普通球副更严重的缺点。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于提供一种高刚度、承载力大、工作空间大、结构简单，运动精度高、控制容易的含平面六杆闭环支链六自由度并联机构。
[0014]本发明主要包括机座、动平台、连接机座和动平台的3个结构完全相同的平面六杆闭环支链、3个动柱和3个定柱，其中，3个定柱垂直固定在机座上，呈圆周均布，3个动柱与动平台垂直转动联接，且呈圆周均布，上述定柱均与平面六杆闭环支链中的下梁中部垂直转动联接，上述动柱均与平面六杆闭环支链中的上梁中部垂直转动联接，平面六杆闭环支链中2个相同的直线电动缸的上端分别与上梁两端转动联接，该直线电动缸的下端分别与下梁两端转动联接，上下四个转动轴相互平行，上述连接2个直线电动缸的上梁和下梁共面，构成I个平面双直线驱动六杆闭环支链。上述直线电动缸采用标准滚珠丝杆传动方式实现动杆相对静杆非转动直线伸缩。上述三个平面六杆闭环支链的上梁共面，且平行动平台；上述三个平面六杆闭环支链的下梁共面，且分别平行于的机座上正三角形的三个边。
[0015]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0016]1、本发明机构本质上属于含冗余约束空间六自由度机构类型，减少了空间六自由度并联机构的等效连杆组的连杆数。根据机构型综合理论，构成本发明机构的等效连杆组包括15个二副杆和8个三副杆，连杆总数为23。其中8个三副杆构成I个动平台、I个机座、3个上梁和3个下梁，15个二副杆构成3个上柱和6个直线电动缸，其中每2个二副杆可构成I个直线电动缸。而构成Stewart平台的等效连杆组包括2个六副杆和30个二副杆，连杆总数为32。其中2个六副杆可分别构成动平台和机座，30个二副杆可构成6个SPU型直线驱动分支，其中每5个二副杆的串联可构成I个SPU型直线驱动分支。
[0017]2、每个平面六杆闭环支链只有4个轴线平行的转动副和2个共面的驱动移动副，运动副和总体结构简单、容易制造和安装。
[0018]3、转动副转动角度大且不受结构限制、移动副行程范围大，克服了实际球副和万向副有限转角对动平台运动的限制，扩大了动平台位置与姿态工作空间，使灵活性更好。
[0019]4、体积相同前提下的转动副比其它运动副是承载力大，预紧后可以消除间隙，所得机构刚度更大、精度更高、寿命增长。
[0020]因此该发明具有结构简单，工作空间大，灵活性好，承载能力高、容易控制等优点，在高端数控制造及重型并联装备、航空航天模拟及探测装备、军事装备、生物医疗及仿生操作装置、多维力传感器、微纳米操作装置、人体康复装置及相应领域都有广泛应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0021 ] 图1是本发明的立体示意简图。
[0022]图2是本发明平面六杆闭环支链上端结构示意简图。
[0023]图3是本发明平面六杆闭环支链下端结构示意简图。
[0024]图中:1-机座，2_定柱,3_下梁,4_1_直线电动缸,4_2_直线电动缸,5_动柱,6_上梁，7-动平台
【具体实施方式】
[0025]在图1、图2和图3所示的含平面六杆闭环支链6自由度并联机构示意简图中，3个定柱2垂直固定在机座I上，呈圆周均布，3个动柱5与动平台7垂直转动联接，且呈圆周均布，上述定柱均与平面六杆闭环支链中的下梁3中部垂直转动联接，上述动柱均与平面六杆闭环支链中的上梁6中部垂直转动联接，平面六杆闭环支链中2个相同的直线电动缸4-1、4-2的上端分别与上梁两端转动联接，该直线电动缸的下端分别与下梁两端转动联接，上下四个转动轴相互平行，上述连接2个直线电动缸上梁和下梁共面，构成I个平面双直线驱动六杆闭环支链。上述三个平面六杆闭环支链的上梁共面，且平行动平台；上述三个平面六杆闭环支链的下梁共面，且分别平行于的机座上正三角形的三个边。
【权利要求】
1.一种含平面六杆闭环支链6自由度并联机构，其主要包括机座、动平台、连接机座和动平台的3个结构完全相同的平面六杆闭环支链、3个动柱和3个定柱，其特征在于:其3个定柱垂直固定在机座上，呈圆周均布，3个动柱与动平台垂直转动联接，且呈圆周均布，上述定柱均与平面六杆闭环支链中的下梁中部垂直转动联接，上述动柱均与平面六杆闭环支链中的上梁中部垂直转动联接，平面六杆闭环支链中2个相同的直线电动缸的上端分别与上梁两端转动联接，该直线电动缸的下端分别与下梁两端转动联接，上下四个转动轴相互平行，上述连接2个直线电动缸的上梁和下梁共面，构成I个平面双直线驱动六杆闭环支链，上述直线电动缸采用标准滚珠丝杆传动方式实现动杆相对静杆非转动直线伸缩，上述三个平面六杆闭环支链的上梁共面，且平行动平台；上述三个平面六杆闭环支链的下梁共面，且分别平行于的机座上正三角形的三个边。
【文档编号】B25J9/08GK103448059SQ201310362424
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】路懿, 李雪鹏, 路扬, 叶妮佳 申请人:燕山大学