含平面六桿閉環(huán)支鏈6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種含平面六桿閉環(huán)支鏈6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其主要包括機(jī)座、動(dòng)平臺(tái)、連接機(jī)座和動(dòng)平臺(tái)的3個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的平面六桿閉環(huán)支鏈、3個(gè)動(dòng)柱和3個(gè)定柱，其中3個(gè)定柱垂直固定在機(jī)座上，3個(gè)動(dòng)柱與動(dòng)平臺(tái)垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上述定柱均與平面六桿閉環(huán)支鏈中的下梁中部垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上述動(dòng)柱均與平面六桿閉環(huán)支鏈中的上梁中部垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，平面六桿閉環(huán)支鏈中2個(gè)相同的直線電動(dòng)缸的上端分別與上梁兩端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，其下端分別與下梁兩端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上下四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互平行。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、承載力大、剛度高、工作空間大、靈活性好和精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】含平面六桿閉環(huán)支鏈6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別是一種并聯(lián)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)器人相對(duì)具有機(jī)構(gòu)剛度大，承載能力強(qiáng)，末端質(zhì)量輕，慣性小，位置誤差不累積等特點(diǎn)，應(yīng)用上與串聯(lián)機(jī)器人優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。多年來(lái)，六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)已成為構(gòu)造多種并聯(lián)機(jī)器人/機(jī)床、重型裝備的主要機(jī)構(gòu)。1965年Stewart提出的Stewart平臺(tái)是典型的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。Stewart平臺(tái)包括I個(gè)動(dòng)平臺(tái)、I個(gè)機(jī)座和6個(gè)SPU(球副-移動(dòng)副-萬(wàn)向副)型直線驅(qū)動(dòng)分支。在確保六自由度并聯(lián)機(jī)器人優(yōu)勢(shì)前提下，如何進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，增大動(dòng)平臺(tái)位置工作空間和靈巧度，增大承載能力，成為機(jī)器人研究領(lǐng)域?qū)＜覀儾恍概Φ姆较?。目前?duì)并聯(lián)機(jī)器人的研究逐步從理論與試驗(yàn)研究轉(zhuǎn)入到實(shí)際應(yīng)用，已成為機(jī)器人和高端裝備制造領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的和前沿。
[0003]2004年清華大學(xué)劉辛軍公開(kāi)的并聯(lián)機(jī)器人連接分支結(jié)構(gòu)及六自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)CN1472046。它包括動(dòng)平臺(tái)、機(jī)座、和連接于機(jī)座與動(dòng)平臺(tái)的3個(gè)平行四邊形支鏈，每個(gè)支鏈上端連桿與動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，下端連桿與機(jī)座以2個(gè)移動(dòng)自由度的非具體結(jié)構(gòu)的概念形式聯(lián)接。
[0004]2008年西安建筑科技大學(xué)賀利樂(lè)公開(kāi)了一種含五桿閉鏈的混合驅(qū)動(dòng)6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)CN201009243，它包括動(dòng)平臺(tái)、機(jī)座、和連接于機(jī)座與動(dòng)平臺(tái)的3個(gè)五桿閉環(huán)支鏈，每個(gè)支鏈通過(guò)復(fù)合球副與動(dòng)平臺(tái)相連，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)座相連；每個(gè)支鏈下端設(shè)有4個(gè)回轉(zhuǎn)副，2個(gè)回轉(zhuǎn)副組成I組混合回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
[0005]2010哈爾濱工業(yè)大學(xué)李兵等公開(kāi)一種大傾角六自由度并聯(lián)機(jī)器人CN101712151A，包含基座、動(dòng)平臺(tái)、以及連接于動(dòng)平臺(tái)與基座之間的5個(gè)6自由度運(yùn)動(dòng)支鏈組成。連接于動(dòng)平臺(tái)與基座的5個(gè)支鏈中有4個(gè)分布在動(dòng)平臺(tái)的周邊并與基座連接，稱之為周邊支鏈，周邊支鏈只有一個(gè)關(guān)節(jié)為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，第5個(gè)支鏈置于動(dòng)平臺(tái)中間并與基座連接，中央支鏈由2個(gè)移動(dòng)副和2個(gè)虎克鉸組成，2個(gè)移動(dòng)副為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，中央支鏈的作用是通過(guò)控制其驅(qū)動(dòng)輸入，使得中央支鏈能夠推動(dòng)機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)大角度的傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0006]2011年廣西大學(xué)蔡敢為等公開(kāi)一種5R閉環(huán)子鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)201110283400.4，它包含I個(gè)動(dòng)平臺(tái)、I個(gè)機(jī)座、3個(gè)平面5桿閉環(huán)機(jī)構(gòu)和3個(gè)子轉(zhuǎn)臺(tái)。每個(gè)5桿機(jī)構(gòu)包括機(jī)座、2個(gè)驅(qū)動(dòng)擺桿和2個(gè)連桿。每個(gè)子轉(zhuǎn)臺(tái)上端與動(dòng)平臺(tái)球鉸聯(lián)接、下端與5桿閉環(huán)機(jī)構(gòu)的一個(gè)連桿球鉸聯(lián)接。由于3個(gè)平面5桿閉環(huán)機(jī)構(gòu)與機(jī)座平行，承受垂直機(jī)座方向主要載荷能力有限。2012年又公開(kāi)一種可控機(jī)構(gòu)式六自由度并聯(lián)機(jī)器人平臺(tái)CN202399270U,其結(jié)構(gòu)類似Stewart平臺(tái)，不同處在于用RSS型轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)分支代替SPU型直線驅(qū)動(dòng)分支。
[0007]2012年汕頭大學(xué)趙永杰等公開(kāi)一種少支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)器人CN102350699A，它由動(dòng)平臺(tái)、機(jī)座及4條主動(dòng)支鏈組成，每條支鏈連接于動(dòng)平臺(tái)與機(jī)座之間。4條支鏈，有3條支鏈結(jié)構(gòu)相同，為外部主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈，在空間中呈軸對(duì)稱分布，另一條支鏈為中間主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈，4條支鏈相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的空間六自由度運(yùn)動(dòng)。
[0008]上述機(jī)構(gòu)各具特色，但也有以下一些技術(shù)問(wèn)題:
[0009]1、球副自身結(jié)構(gòu)限制其轉(zhuǎn)動(dòng)范圍和承受拉力的能力，限制消除間隙能力，萬(wàn)向副自身結(jié)構(gòu)限制其轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，所以含球副與萬(wàn)向副的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)有效工作空間和承載能力受到極大限制，短期磨損后就會(huì)產(chǎn)生間隙，降低傳動(dòng)精度。
[0010]2、支鏈與機(jī)座的2個(gè)移動(dòng)自由度的聯(lián)接形式復(fù)雜，難以確保整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)精度高的和較好的穩(wěn)定性。
[0011]3、在避免支鏈相互干涉前提下，平行四邊形支鏈2個(gè)移動(dòng)及高度變化范圍較小，難以增大機(jī)構(gòu)工作空間，三組5桿閉環(huán)支鏈容易相互干澀，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)承載力較低，工作空間有限。
[0012]4、復(fù)合球副結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以制造，有比普通球副更嚴(yán)重的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種高剛度、承載力大、工作空間大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)精度高、控制容易的含平面六桿閉環(huán)支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明主要包括機(jī)座、動(dòng)平臺(tái)、連接機(jī)座和動(dòng)平臺(tái)的3個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的平面六桿閉環(huán)支鏈、3個(gè)動(dòng)柱和3個(gè)定柱，其中，3個(gè)定柱垂直固定在機(jī)座上，呈圓周均布，3個(gè)動(dòng)柱與動(dòng)平臺(tái)垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，且呈圓周均布，上述定柱均與平面六桿閉環(huán)支鏈中的下梁中部垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上述動(dòng)柱均與平面六桿閉環(huán)支鏈中的上梁中部垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，平面六桿閉環(huán)支鏈中2個(gè)相同的直線電動(dòng)缸的上端分別與上梁兩端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，該直線電動(dòng)缸的下端分別與下梁兩端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上下四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互平行，上述連接2個(gè)直線電動(dòng)缸的上梁和下梁共面，構(gòu)成I個(gè)平面雙直線驅(qū)動(dòng)六桿閉環(huán)支鏈。上述直線電動(dòng)缸采用標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲桿傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)桿相對(duì)靜桿非轉(zhuǎn)動(dòng)直線伸縮。上述三個(gè)平面六桿閉環(huán)支鏈的上梁共面，且平行動(dòng)平臺(tái)；上述三個(gè)平面六桿閉環(huán)支鏈的下梁共面，且分別平行于的機(jī)座上正三角形的三個(gè)邊。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、本發(fā)明機(jī)構(gòu)本質(zhì)上屬于含冗余約束空間六自由度機(jī)構(gòu)類型，減少了空間六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的等效連桿組的連桿數(shù)。根據(jù)機(jī)構(gòu)型綜合理論，構(gòu)成本發(fā)明機(jī)構(gòu)的等效連桿組包括15個(gè)二副桿和8個(gè)三副桿，連桿總數(shù)為23。其中8個(gè)三副桿構(gòu)成I個(gè)動(dòng)平臺(tái)、I個(gè)機(jī)座、3個(gè)上梁和3個(gè)下梁，15個(gè)二副桿構(gòu)成3個(gè)上柱和6個(gè)直線電動(dòng)缸，其中每2個(gè)二副桿可構(gòu)成I個(gè)直線電動(dòng)缸。而構(gòu)成Stewart平臺(tái)的等效連桿組包括2個(gè)六副桿和30個(gè)二副桿，連桿總數(shù)為32。其中2個(gè)六副桿可分別構(gòu)成動(dòng)平臺(tái)和機(jī)座，30個(gè)二副桿可構(gòu)成6個(gè)SPU型直線驅(qū)動(dòng)分支，其中每5個(gè)二副桿的串聯(lián)可構(gòu)成I個(gè)SPU型直線驅(qū)動(dòng)分支。
[0017]2、每個(gè)平面六桿閉環(huán)支鏈只有4個(gè)軸線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副和2個(gè)共面的驅(qū)動(dòng)移動(dòng)副，運(yùn)動(dòng)副和總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造和安裝。
[0018]3、轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)角度大且不受結(jié)構(gòu)限制、移動(dòng)副行程范圍大，克服了實(shí)際球副和萬(wàn)向副有限轉(zhuǎn)角對(duì)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的限制，擴(kuò)大了動(dòng)平臺(tái)位置與姿態(tài)工作空間，使靈活性更好。
[0019]4、體積相同前提下的轉(zhuǎn)動(dòng)副比其它運(yùn)動(dòng)副是承載力大，預(yù)緊后可以消除間隙，所得機(jī)構(gòu)剛度更大、精度更高、壽命增長(zhǎng)。
[0020]因此該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作空間大，靈活性好，承載能力高、容易控制等優(yōu)點(diǎn)，在高端數(shù)控制造及重型并聯(lián)裝備、航空航天模擬及探測(cè)裝備、軍事裝備、生物醫(yī)療及仿生操作裝置、多維力傳感器、微納米操作裝置、人體康復(fù)裝置及相應(yīng)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021 ] 圖1是本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖。
[0022]圖2是本發(fā)明平面六桿閉環(huán)支鏈上端結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。
[0023]圖3是本發(fā)明平面六桿閉環(huán)支鏈下端結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。
[0024]圖中:1-機(jī)座，2_定柱,3_下梁,4_1_直線電動(dòng)缸,4_2_直線電動(dòng)缸,5_動(dòng)柱,6_上梁，7-動(dòng)平臺(tái)
【具體實(shí)施方式】
[0025]在圖1、圖2和圖3所示的含平面六桿閉環(huán)支鏈6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖中，3個(gè)定柱2垂直固定在機(jī)座I上，呈圓周均布，3個(gè)動(dòng)柱5與動(dòng)平臺(tái)7垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，且呈圓周均布，上述定柱均與平面六桿閉環(huán)支鏈中的下梁3中部垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上述動(dòng)柱均與平面六桿閉環(huán)支鏈中的上梁6中部垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，平面六桿閉環(huán)支鏈中2個(gè)相同的直線電動(dòng)缸4-1、4-2的上端分別與上梁兩端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，該直線電動(dòng)缸的下端分別與下梁兩端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上下四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互平行，上述連接2個(gè)直線電動(dòng)缸上梁和下梁共面，構(gòu)成I個(gè)平面雙直線驅(qū)動(dòng)六桿閉環(huán)支鏈。上述三個(gè)平面六桿閉環(huán)支鏈的上梁共面，且平行動(dòng)平臺(tái)；上述三個(gè)平面六桿閉環(huán)支鏈的下梁共面，且分別平行于的機(jī)座上正三角形的三個(gè)邊。
【權(quán)利要求】
1.一種含平面六桿閉環(huán)支鏈6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其主要包括機(jī)座、動(dòng)平臺(tái)、連接機(jī)座和動(dòng)平臺(tái)的3個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的平面六桿閉環(huán)支鏈、3個(gè)動(dòng)柱和3個(gè)定柱，其特征在于:其3個(gè)定柱垂直固定在機(jī)座上，呈圓周均布，3個(gè)動(dòng)柱與動(dòng)平臺(tái)垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，且呈圓周均布，上述定柱均與平面六桿閉環(huán)支鏈中的下梁中部垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上述動(dòng)柱均與平面六桿閉環(huán)支鏈中的上梁中部垂直轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，平面六桿閉環(huán)支鏈中2個(gè)相同的直線電動(dòng)缸的上端分別與上梁兩端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，該直線電動(dòng)缸的下端分別與下梁兩端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上下四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互平行，上述連接2個(gè)直線電動(dòng)缸的上梁和下梁共面，構(gòu)成I個(gè)平面雙直線驅(qū)動(dòng)六桿閉環(huán)支鏈，上述直線電動(dòng)缸采用標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲桿傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)桿相對(duì)靜桿非轉(zhuǎn)動(dòng)直線伸縮，上述三個(gè)平面六桿閉環(huán)支鏈的上梁共面，且平行動(dòng)平臺(tái)；上述三個(gè)平面六桿閉環(huán)支鏈的下梁共面，且分別平行于的機(jī)座上正三角形的三個(gè)邊。
【文檔編號(hào)】B25J9/08GK103448059SQ201310362424
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】路懿, 李雪鵬, 路揚(yáng), 葉妮佳 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)