專利名稱：一種新型四自由度空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
本項(xiàng)發(fā)明屬于空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)領(lǐng)域?？臻g并聯(lián)機(jī)器人是當(dāng)今機(jī)器人領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。與串聯(lián)機(jī)器人相比，并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大、負(fù)荷自重比高。最早的空間六自由度并聯(lián)機(jī)器人是基于Stewart 1965年采用的6-SPS平臺(tái)機(jī)構(gòu)。這種空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)開(kāi)始用于飛行模擬器，近年來(lái)又被設(shè)計(jì)成并聯(lián)虛擬軸機(jī)床，微動(dòng)機(jī)器人和傳感器元件等。近年來(lái)，新型少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)成為新的研究熱點(diǎn)。由于這種機(jī)構(gòu)相對(duì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)及其他領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。如Hunt 1983年提出三自由度的3-RPS空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)已引起廣泛興趣；1990年P(guān)ierrot等提出一種稱為Delta機(jī)構(gòu)的三維移動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)為17桿21運(yùn)動(dòng)副，其中12個(gè)球面副，雖機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜，已有了廣泛的應(yīng)用；1995年Tsai發(fā)明了一種較簡(jiǎn)單的三自由度三維移動(dòng)機(jī)構(gòu)，并獲得了美國(guó)專利，該機(jī)構(gòu)也為17桿21運(yùn)動(dòng)副。到目前為止，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)具有這樣四個(gè)自由度的空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)方面的文獻(xiàn)報(bào)道。
本項(xiàng)發(fā)明的目的在于提供一種新型四自由度空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)稱，剛度大、承載大和精度高等優(yōu)點(diǎn)。
這種四自由度空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由上平臺(tái)c1c2c3、下平臺(tái)a1a2a3，及連接上下平臺(tái)的四個(gè)分支構(gòu)成，其中三個(gè)為T(mén)RT分支、一個(gè)為SPS分支構(gòu)成；且各TRT分支的第一、第五轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行，且平行于Z軸；第二、三、四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行且與Z軸垂直；各分支第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線位于上平臺(tái)同一平面c1c2c3內(nèi)。其中T代表由兩軸線垂直相交的轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成的虎克鉸、R代表轉(zhuǎn)動(dòng)副、S代表球副、P代表移動(dòng)副。該機(jī)構(gòu)的四個(gè)輸入是三個(gè)TRT分支的與固定平臺(tái)相連的三個(gè)垂直布置的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副，和SPS分支的移動(dòng)副；其中三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輸入決定上平臺(tái)沿X、Y方向的移動(dòng)和繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；中央移動(dòng)副輸入決定上平臺(tái)的沿Z軸的位移。采用本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般機(jī)器人或并聯(lián)虛擬機(jī)床，其運(yùn)動(dòng)副為一般類型轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副和球副。采用本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的微動(dòng)機(jī)器人和傳感器元件，運(yùn)動(dòng)副為彈性鉸鏈。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)大說(shuō)明。
附
圖1．為新型四自由度空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)在附圖1中，上下三角形表示上下平臺(tái)；O-XYZ為固聯(lián)于下平臺(tái)的坐標(biāo)系，其原點(diǎn)在三角形a1a2a3的中點(diǎn)，Z軸垂直于三角形a1a2a3向上；p-xyz為固聯(lián)于上平臺(tái)的坐標(biāo)系，其原點(diǎn)在三角形c1c2c3的中點(diǎn)；在外圍三個(gè)分支上圓圈代表軸線平行于下平臺(tái)平面的轉(zhuǎn)動(dòng)副；小圓柱代表軸線垂直于下平臺(tái)平面的轉(zhuǎn)動(dòng)副；Sij(i=1,2,3；j=1,2,…5)表示運(yùn)動(dòng)副的軸線；在中心分支上圓圈代表球鉸，中間為移動(dòng)副。
這種新型四自由度空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)空間的三維移動(dòng)和繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)除具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛度大、承載大和精度高的優(yōu)點(diǎn)外，還具有機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)對(duì)稱等特點(diǎn)，可由此設(shè)計(jì)出各種用途的空間并聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)虛擬軸機(jī)床、微動(dòng)機(jī)器人以及傳感器元件等。
權(quán)利要求
1．一種新型四自由度空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由上平臺(tái)c1c2c3、下平臺(tái)a1a2a3，及連接上下平臺(tái)的四個(gè)分支構(gòu)成，其特征在于其中三個(gè)為T(mén)RT分支、一個(gè)為SPS分支構(gòu)成；該機(jī)構(gòu)的四個(gè)輸入是三個(gè)TRT分支的與固定平臺(tái)相連的三個(gè)垂直布置的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副，和SPS分支的移動(dòng)副；其中三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輸入決定上平臺(tái)沿X、Y方向的移動(dòng)和繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；中央移動(dòng)副輸入決定上平臺(tái)的沿Z軸的位移。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述四自由度空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于各TRT分支的第一、第五轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行，且平行于Z軸；第二、三、四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行且與Z軸垂直；各分支第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線位于上平臺(tái)同一平面c1c2c3內(nèi)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1、2所述四自由度空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于采用本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人或并聯(lián)虛擬機(jī)床，其運(yùn)動(dòng)副為一般類型的轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副和球副。
4．根據(jù)權(quán)利要求1、2所述四自由度空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于采用本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的微動(dòng)機(jī)器人和傳感器元件，運(yùn)動(dòng)副為彈性鉸鏈。
全文摘要
本發(fā)明屬于空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)領(lǐng)域。其特征在于:該機(jī)構(gòu)由上下兩個(gè)平臺(tái),及連接上下平臺(tái)的三個(gè)TRT分支和一個(gè)SPS分支構(gòu)成;其四個(gè)輸入是三個(gè)TRT分支的與固定平臺(tái)相連的三個(gè)垂直布置的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副,和SPS分支的移動(dòng)副。三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輸入決定上平臺(tái)沿X、Y方向的移動(dòng)和繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng);中央移動(dòng)副輸入決定上平臺(tái)C
文檔編號(hào)B25J11/00GK1306899SQ0010149
公開(kāi)日2001年8月8日 申請(qǐng)日期2000年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月2日
發(fā)明者黃真, 趙鐵石 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)