专利名称：可调式3,4,5－sps型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，R)分别表示分支运动链中的(球副，万向副，移动副，转动副)，它们的组合表示分支运动链结构。
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，在应用上与串联机器人呈互补关系。自由度少于6的并联机器人机构相对具有结构简单、容易控制等优点，现在已成为机器人和制造领域研究的热点。近年来，Tsai的三移动3-UPU机构，获美国专利USA No.5656905；黄真的4自由度3-URU/SPS并联机构和5自由度解耦并联机器人结构，分别获中国专利1335215A，1311083A；汪劲松的4自由度2转2移并联机器人机构，黄田的3自由度球面并联机构，高峰的5自由度并联微动机器人，也分别获中国专利1267586A，1439492A，1257770A。这些少自由度并联机构各具特色，但运动副位姿是不可调整的，因此每种少自由并联机构的运动特性是单一的，这不利于机构实验综合和多种构型并联机构运动特性的实验研究。现有的并联机构理论尚不能解释一些少自由度并联机构的冗余自运动现象，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3，4，5可调式并联机构实验平台。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。调整直线驱动分支数和布置形式，能改变机构的自由度数和构型；在给定驱动分支数和布置形式前提下，适当增加球副约束，可将球副转变成万向副或转动副，也能改变它们的姿态，实现构造各种少自由度并联机构实验平台，并对其机构特性和运动特性开展实验研究。
这种可调式3，4，5-SPS型并联机构实验平台，由上平台1、基座2和联接上平台1与基座2的3，4，5个SPS型直线驱动分支3组成，其特征是每个直线驱动分支3两端有球副，中间有1个直线驱动机构和1个步进电动机4形成SPS分支，其轴线与球副中心重合，直线驱动分支3由步进电机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，实现直线驱动运动；3，4，5个直线驱动分支3在上平台1和基座2之间呈正多边形对称分布，其中，4，5个直线驱动分支3的1个直线驱动分支3布置在平台1和基座2的中心，其余的在上平台1和基座2之间呈正多边形对称分布；每个球副由环架5、支架6和轴套7组成，直线驱动分支3的一端与环架5联接构成转动副，环架5与支架6联接构成转动副，支架6与轴套7联接构成转动副，这3个转动副相互正交构成1个球副，轴套7与上平台1和机座2固连；支架6上设置横销8，在轴套7上设置立销9，用横销8或立销9对球副施加适当约束，能限制球副的1个转动副转动，使球副变成不同方位的万向副；也能限制球副的2个转动副转动，使球副变成不同方位的转动副；由此，综合构造各种少自由度并联机构实验平台。
在图1、图2和图3中，1.动平台，2.基座，3.直线驱动分支，4.步进电动机，5.环架，6.支架，7.轴套，8.横销，9.立销。
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SPS直线驱动分支运动链结构相同，在上平台1和基座2呈正三角形对称分布，每个直线驱动分支3的两端有球副，中间有1个直线驱动机构和1个步进电动机4，其轴线与球副中心重合，由步进电动机4驱动，实现直线驱动分支3的伸缩运动。球副由3个轴线正交的转动副组成；用横销8和立销9，限制球副中2个转动副的转动，将与动平台1联接的3个球副变成转动副，构成1个3-SPR并联机构实验平台，该机构其自由度为3。
实施例2图2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有4个SPS型直线驱动分支，在上平台1和基座2呈正四边形对称分布；用横销8和立销9，限制球副中2个转动副的转动，将与动平台1联接的2个邻近球副变成转动副，构成1个2-SPS/2-SPR并联机构实验平台，该机构的自由度为4。
可调式3，4，5-SPS型并联机构两种实验平台，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。它们可用于多种少自由度并联机构的机构型综合与运动分析的实验研究，也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
1.一种可调式3，4，5-SPS型并联机构实验平台，由上平台(1)、基座(2)和联接上平台(1)和基座(2)的3，4，5个直线驱动分支(3)组成，其特征是3，4，5个直线驱动分支(3)在上平台(1)和基座(2)之间呈正多边形对称分布，其中，4，5个直线驱动分支(3)的1个直线驱动分支(3)布置在平台(1)和基座(2)的中心，其余在上平台(1)和基座(2)之间呈正多边形对称分布；每个直线驱动分支(3)两端有球副，中间有1个直线驱动机构和1个步进电机(4)，其轴线与球副中心重合。
2.根据权利要求1所述的可调式3，4，5-SPS型并联机构实验平台，其特征是直线驱动分支(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所述的可调式3，4，5-SPS型并联机构实验平台，其特征在于每个球副由环架(5)、支架(6)和轴套(7)组成，驱动分支一端(3)与环架(5)联接构成转动副，环架(5)与支架(6)联接构成转动副，支架(6)与轴套(7)联接构成转动副，这3个转动副相互正交构成1个球副，轴套(7)与上平台(1)和机座(2)固连；支架(6)上设置横销(8)，在轴套(7)上设置立销(9)，用横销(8)或立销(9)对球副施加适当约束，能限制球副的1个转动副转动，使球副变成不同方位的万向副；也能限制球副的2个转动副转动，使球副变成不同方位的转动副；由此，综合构造各种少自由度并联机构实验平台。
全文摘要
本发明属于机器人和机械制造领域。其特征是3，4，5个直线驱动分支(3)在上平台(1)和基座(2)之间呈正多边形对称分布，其中，4，5个直线驱动分支(3)的1个布置在平台(1)和基座(2)的中心，其余在上平台(1)和基座(2)之间呈正多边形对称分布；每个直线驱动分支(3)两端有球副。直线驱动分支(3)一端与环架(5)联接构成转动副，环架(5)与支架(6)联接构成转动副，支架(6)与轴套(7)联接构成转动副，这3个转动副相互正交构成球副；用横销(8)和立销(9)改变球副的自由度。本发明可实现少自由度并联机构的自由度可变、构型可变、运动形式可变的机构综合与运动分析的实验研究。该发明具有一机多型、自由度可变、工作空间相对大、结构对称和运动精度高等特点。可设计出各种空间并联机器人、并联机床、微动机器人以及传感器元件等。
文档编号B23Q1/46GK1861328SQ200510012898
公开日2006年11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 申请人:燕山大学