专利名称：自由度为3和4可调式3－upu并联机构实验平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人和机械制造领域。
背景技术：
为便于说明，用n(n＝1，2，3，4，6)表示分支数，用S、U、P和R分别表示分支运动链中的球副、万向副、移动副和转动副，它们的组合表示分支运动链结构。
并联机器人具有机构刚度大，承载能力强，末端质量轻，惯性小，位置误差不累积等特点，在应用上与串联机器人呈互补关系。与6自由度6-SPS并联机构相比，少自由度并联机构相对具有结构简单、容易控制等优点，现在，成为是机器人和制造领域研究的热点。1983年Hunt提出3-RPS机构；进年来，Tsai的3-UPU机构，获美国专利USA No.5656905；黄真的三自由度并联移动机构和精密微动并联三维移动机构，分别获中国专利CN1311083A，1539603A。目前各种少自由度并联机构的运动副位姿是不可调整的，因此每种并联机构的运动特性是单一的，这不利于实验研究多种构型并联机构特性和运动特性。现有的并联机构理论尚不能解释三平动3-UPU机构和其它少自由度并联机构的自运动现象，需要深入开展有关的理论和实验研究。
发明内容
本发明目的在于提供一种一机多型、运动精度高、自由度为3和4的可调式3-UPU并联机构实验平台。该发明具有机构相对简单，结构对称，工作空间相对较大，具有机型可变，运动副位姿可调，自由度可变，运动精度高等特点。通过调整万向副的位姿，构造多种新型3-UPU并联机器人机构实验平台。
这种自由度为3和4可调式3-UPU并联机构实验平台，由动平台1、基座2和联接上平台1与基座2的3个结构相同的直线驱动移动副3组成，其特征在于3个结构相同的直线驱动移动副3在上平台1和基座2上呈正三角形对称分布，所说的直线驱动移动副3中间有一个直线驱动机构和一个步进电动机4，其两端与万向副联接，直线驱动移动副3的轴线与万向副中心重合；每个万向副由转轴5、支架6和扇座7组成，直线驱动移动副3一端与转轴5联接构成一个转动副，转轴5与支架6联接构成另一个转动副，两个相互正交且垂直的转动副构成万向副，支架6通过扇座7、销8、销9、中心销10和定位销11与上平台1和基座2相联接。
直线驱动移动副3由步进电动机4与螺旋副组成的直线移动驱动装置或液压直线移动驱动装置构成。
扇座7上在22.5°-45°-67.5°-90°与扇座中心等半径圆弧上加工4个扇座销孔14，由销8和销9实现的支架6与扇座7在0°-90°范围内4个定位转动连接；在上平台1和基座2上距中心销10等半径等角度位置加工8个基座孔15，扇座7底面与上平台1和基座2相接触的表面设置定位销11，由中心销10和定位销11可实现扇座7与上平台1或基座2在0°-360°范围内8个定位转动连接。
调整每个约束转动连接的角度，可以改变万向副的位姿；对应万向副的大部分位姿，机构自由度为3，在另一安装位姿，机构自由度可变为4。
当与上平台1和机座2联接的每个转轴5分别垂直于上平台1和机座1时，机构有4个自由度，此时，用套12将辅助电动机13与一个支架6连接，驱动一个直线驱动移动副3转动。
图1自由度为3和4可调式3-UPU并联机构I实验平台；图2可调式3-UPU并联机构I的万向副结构与辅助驱动装置；图3自由度为3和4可调式3-UPU并联机构II实验平台。
在图1、图2和图3中，1.动平台，2.基座，3.驱动移动副，4.步进电动机，5.转轴，6.支架，7.扇座，8.销，9.销，10.中心销，11.定位销，12.套，13.辅助电动机，14.扇座销孔，15.基座销孔。
具体实施例方式
实施例1
图1是本发明公开的第一个实施例，3个直线驱动分支运动链结构相同，呈正三角形对称分布，每个直线驱动分支两端有万向副，中间有1个移动副3，其轴线与万向副中心重合，由步进机电驱动装置驱动移动副3，实现伸缩运动。每个万向副由转轴5、支架6和扇座7组成，由销8和销9实现支架6与扇座7呈0°定位转动连接，由销10和销11实现扇座7与上平台1或基座2呈0°定位转动连接，保持了与上平台1和机座2联接的每个转轴5分别垂直于上平台和机座，此时，机构有4个自由度，并用套12将辅助电动机13与一个支架6连接，驱动一个直线驱动移动副3转动。
实施例2图3是本发明公开的第二个实施例，与第一个实施例不同之处在于，由销8和销9实现在上平台1上的支架6与扇座7呈45°转动定位连接，由销10和销11实现在机座2上的支架6与扇座7呈90°转动定位连接，扇座7与上平台1或基座2呈0°转动定位连接，该机构有3个自由度。
自由度为3和4可调式3-UPU并联机构I和II两种实验平台，除具有并联机构刚度大、承载高的特点外，还具有机构相对简单、结构对称、运动精度高、可调性好等特点。它们可用来设计出多种用途的空间并联机器人、并联机床、微动机器人以及传感器元件等。
权利要求
1.一种自由度为3和4可调式3-UPU并联机构实验平台，由动平台(1)、基座(2)和联接上平台(1)与基座(2)的3个结构相同的直线驱动移动副(3)组成，其特征是3个结构相同的直线驱动移动副(3)在上平台(1)和基座(2)上呈正三角形对称分布，所说的直线驱动移动副(3)有一个直线驱动机构和一个步进电动机(4)，其两端与万向副联接，直线驱动移动副(3)的轴线与万向副中心重合；每个万向副由转轴(5)、支架(6)和扇座(7)组成，直线驱动移动副(3)一端与转轴(5)联接构成一个转动副，转轴(5)与支架(6)联接构成另一个转动副，两个相互正交且垂直的转动副构成万向副，支架(6)通过扇座(7)、销(8)、销(9)、中心销(10)和定位销(11)与上平台(1)与基座(2)相联接。
2.根据权利要求1所述的自由度为3和4可调式3-UPU并联机构实验平台，其特征是直线驱动移动副(3)由步进电动机(4)与螺旋副组成的直线移动驱动装置或液压直线移动驱动装置构成。
3.根据权利要求1和2所述的自由度为3和4可调式3-UPU并联机构实验平台，其特征是扇座(7)上在22.5°-45°-67.5°-90°与扇座中心等半径圆弧上加工4个销孔(14)，由销(8)和销(9)实现的支架(6)与扇座(7)0°-90°范围内4个定位转动连接；在上平台(1)和基座(2)上距中心销(10)等半径等角度位置加工8个定位孔(15)，扇座(7)底面与上平台(1)和基座(2)相接触的表面设置定位销(11)，由中心销(10)和定位销(11)可实现扇座(7)与上平台(1)或基座(2)的0°-360°范围内8个定位转动连接。
4.根据权利要求3所述的自由度为3和4可调式3-UPU并联机构实验平台，其特征是当与上平台(1)和机座(2)联接的每个转轴(5)分别垂直于上平台(1)和机座(2)时，机构有4个自由度，此时，用套(12)将辅助电动机(13)与一个支架(6)连接，驱动一个直线驱动移动副(3)转动。
全文摘要
本发明属于机器人和机械制造领域。其特征是3个结构相同的直线驱动移动副(3)在上平台(1)和基座(2)上呈正三角形对称分布，所说的直线驱动移动副(3)中间有一个直线驱动机构和一个步进电动机(4)，其两端与万向副联接，直线驱动移动副(3)的轴线与万向副中心重合；每个万向副由转轴(5)、支架(6)和扇座(7)组成，直线驱动移动副(3)一端与转轴(5)联接构成一个转动副，转轴(5)与支架(6)联接构成另一个转动副，两个相互垂直的转动副构成万向副，支架(6)通过扇座(7)、销(8)、销(9)、中心销(10)和定位销(11)与上平台(1)与基座(2)相联接。该发明具有一机多型、自由度可变、多种运动形式、工作空间相对大、机构相对简单、结构对称和运动精度高等特点。本发明可设计出各种用途的空间并联机器人、并联机床、微动机器人以及传感器元件等。
文档编号B23Q1/25GK1745986SQ20051001289
公开日2006年3月15日 申请日期2005年10月10日 优先权日2005年10月10日
发明者路懿, 黄真, 李仕华, 田行斌, 许立忠 申请人:燕山大学