專利名稱：具有匯交副的4、5自由度對稱并聯機器人機構的制作方法
本項發明屬于機器人和機械制造領域，特別涉及一種具有匯交副的4、5自由度對稱并聯機器人機構。
并聯機器人機構屬于空間多自由度多環閉鏈機構，和串聯機構相比，并聯機器人機構具有剛度大、承載能力大、累積誤差小、動態特性好、結構緊湊等特點。目前，并聯機器人機構被廣泛應用于除并聯機器人外的虛擬軸機床、微動操作臺、各種運動模擬器、傳感器等方面。
目前3、6自由度的并聯機器人機構應用較為廣泛，而4、5自由度并聯機床結構較少，已有的少數4、5自由度并聯機器人機構大都不具有完全對稱性。
本發明的目的在于提供一種新型的各向同性好的對稱的4、5自由度并聯機器人機構，而且具有剛度高、結構簡單、加工裝配性好等優點。
這種具有匯交副的4、5自由度對稱并聯機器人機構，包括動平臺1、定平臺11和連接動平臺1和定平臺11的結構完全相同的分支所組成，其特征在于動平臺1通過3個、4個或5個結構完全相同的分支與定平臺11相連接，所有分支中從動平臺1開始計數的前2個運動副2和4為轉動副，它們的軸線在空間相交于同一點，定平臺11和動平臺1可以是三角形、四邊形或五邊形；在第一種具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構中，定平臺11和動平臺1都是三角形，通過3個結構完全相同的分支相連接，3個分支的轉動副10連接定平臺11和連桿9，轉動副8連接連桿9和連桿7，轉動副4連接連桿5和連桿3，轉動副6、8和10的軸線平行于定平臺11，轉動副2連接連桿3和動平臺1；在第二種具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構中，把第一種4自由度并聯機器人機構所有分支中的轉動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉動副6和轉動副10的軸線；在第三種具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構中，定平臺11和動平臺1都是四邊形，通過4個結構完全相同的分支相連接，所有4個分支的轉動副10連接定平臺11和連桿9，轉動副8連接連桿9和連桿7，轉動副4連接連桿5和連桿3，轉動副6、8和10的軸線平行于定平臺11，轉動副2連接連桿3和動平臺1；在第四種具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構中，把第三種4自由度并聯機器人機構所有分支中的轉動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉動副6和轉動副10的軸線；在第一種具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構中，定平臺11和動平臺1都是三角形，通過3個結構完全相同的分支相連接，所有分支的轉動副10連接定平臺11和連桿9，轉動副8連接連桿9和連桿7，轉動副4連接連桿5和連桿3，轉動副2連接連桿3和動平臺1，轉動副6、8和10的軸線垂直于定平臺11；在第二種具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構中，把第一種5自由度并聯機器人機構所有分支中的轉動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉動副6和轉動副10的軸線，平行于定平臺11；在第三種具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構中，定平臺11和動平臺1都是五邊形，通過5個結構完全相同的分支相連接，所有分支的轉動副10連接定平臺11和連桿9，轉動副8連接連桿9和連桿7，轉動副4連接連桿5和連桿3，轉動副2連接連桿3和動平臺1，轉動副6、8和10的軸線垂直于定平臺11；在第四種具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構中，把第三種5自由度并聯機器人機構所有分支中的轉動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉動副6和轉動副10的軸線，平行于定平臺11；附圖及實施例
圖1為第一種具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構示意2為第二種具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構示意3為第三種具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構示意4為第四種具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構示意5為第一種具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構示意6為第二種具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構示意7為第三種具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構示意8為第四種具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構示意圖附圖1為本發明的第1個具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構實施例(見圖1)。動平臺1和定平臺11都是三角形，動平臺1通過3個結構完全相同的分支與定平臺11相連接，每個分支中從動平臺1開始計數的前2個運動副為轉動副2和4，3個分支共有6個這樣的轉動副，它們的軸線在空間相交于同一點；所有分支的轉動副10連接定平臺11和連桿9；轉動副8連接連桿9和連桿7；轉動副4連接連桿5和連桿3，轉動副6、8和10的軸線平行于定平臺11；轉動副2連接連桿3和動平臺1。
附圖2為本發明的第二個具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構實施例(見圖2)。把本發明的第1個4自由度對稱并聯機器人機構實施例中的所有分支中的轉動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉動副6和轉動副10的軸線。
附圖3為本發明的第3個具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構實施例(見圖3)。動平臺1和定平臺11都是四邊形，動平臺1通過4個結構完全相同的分支與定平臺11相連接，每個分支中從動平臺1開始計數的前2個運動副為轉動副2和4，4個分支共有8個這樣的轉動副，它們的軸線在空間相交于同一點；所有分支的轉動副10連接定平臺11和連桿9；轉動副8連接連桿9和連桿7；轉動副4連接連桿5和連桿3，轉動副6、8和10的軸線平行于定平臺11；轉動副2連接連桿3和動平臺1。
附圖4為本發明的第4個具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構實施例(見圖4)。把本發明的第3個4自由度對稱并聯機器人機構實施例中的所有分支中的轉動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉動副6和轉動副10的軸線。
附圖5為本發明的第1個具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構實施例(見圖5)。動平臺1和定平臺11都是三角形，動平臺1通過3個結構完全相同的分支與定平臺11相連接，每個分支中從動平臺1開始計數的前2個運動副為轉動副2和4，3個分支共有6個這樣的轉動副，它們的軸線在空間相交于同一點；所有分支的轉動副10連接定平臺11和連桿9；轉動副8連接連桿9和連桿7；轉動副4連接連桿5和連桿3；轉動副2連接連桿3和動平臺1；轉動副6、8和10的軸線垂直于定平臺11。
附圖6為本發明的第2個具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構實施例(見圖6)。把本發明的第1個具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構的實施例中的所有分支中的轉動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉動副6和轉動副10的軸線，平行于定平臺。
附圖7為本發明的第3個具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構實施例(見圖7)。動平臺1和定平臺11都是五邊形，動平臺1通過5個結構完全相同的分支與定平臺11相連接，每個分支中從動平臺1開始計數的前2個運動副為轉動副2和4，5個分支共有10個這樣的轉動副，它們的軸線在空間相交于同一點；所有分支的轉動副10連接定平臺11和連桿9；轉動副8連接連桿9和連桿7；轉動副4連接連桿5和連桿3；轉動副2連接連桿3和動平臺1；轉動副6、8和10的軸線垂直于定平臺11。
附圖8為本發明的第4個具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構實施例(見圖8)。把本發明的第3個具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構的實施例中的所有分支中的轉動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉動副6和轉動副10的軸線，平行于定平臺。
本發明的具有匯交副的4、5自由度對稱并聯機器人機構，具有很好的運動學性能、高的剛度和較大的工作空間；其運動學正反解十分簡單，易于控制；其中的4自由度對稱并聯機器人機構可以實現空間的3個轉動和沿動平臺1法線方向的1個移動；5自由度對稱并聯機器人機構可以實現空間的3個轉動和2個移動，可廣泛用于并聯機器人、微動工作臺、虛擬軸機床和飛行模擬器等。
權利要求
1.一種具有匯交副的4、5自由度對稱并聯機器人機構，包括動平臺(1)、定平臺(11)和連接動平臺(1)和定平臺(11)的結構完全相同的分支所組成，其特征在于動平臺(1)通過3個、4個或5個結構完全相同的分支與定平臺(11)相連接，所有分支中從動平臺(1)開始計數的前2個運動副(2)和(4)為轉動副，它們的軸線在空間相交于同一點，動平臺(1)和定平臺(11)可以是三角形、四邊形或五邊形。
2.根據權利要求1所述的具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是三角形，通過3個結構完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數的前3個運動副(6)、(8)和(10)為轉動副，其軸線平行于定平臺(11)。
3.根據權利要求1所述的具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是三角形，通過3個結構完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數的前3個運動副(6)、(12)和(10)分別為轉動副，移動副和轉動副。2個轉動副(6)和(10)軸線相互平行，移動副(10)的軸線垂直于轉動副(6)和(10)的軸線。
4.根據權利要求1所述的具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是四邊形，通過4個結構完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數的前3個運動副(6)、(8)和(10)為轉動副，其軸線平行于定平臺(11)。
5.根據權利要求1所述的具有匯交副的4自由度對稱并聯機器人機構，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是四邊形，通過4個結構完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數的前3個運動副(6)、(12)和(10)分別為轉動副，移動副和轉動副。2個轉動副(6)和(10)軸線相互平行，移動副(10)的軸線垂直于轉動副(6)和(10)的軸線。
6.根據權利要求1所述的具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是三角形，通過3個結構完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數的前3個運動副(6)、(8)和(10)為轉動副，其軸線垂直于定平臺(11)。
7.根據權利要求1所述的具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是三角形，通過3個結構完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數的前3個運動副(6)、(12)和(10)分別為轉動副，移動副和轉動副，2個轉動副(6)和(10)軸線都垂直于定平臺(11)，移動副(10)的軸線垂直于轉動副(6)和(10)的軸線，平行于定平臺(11)。
8.根據權利要求1所述的具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是五邊形，通過5個結構完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數的前3個運動副(6)、(8)和(10)為轉動副，其軸線垂直于定平臺(11)。
9.根據權利要求1所述的具有匯交副的5自由度對稱并聯機器人機構，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是五邊形，通過5個結構完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數的前3個運動副(6)、(12)和(10)分別為轉動副，移動副和轉動副，2個轉動副(6)和(10)軸線都垂直于定平臺(11)，移動副(10)的軸線垂直于轉動副(6)和(10)的軸線，平行于定平臺(11)。
全文摘要
本發明屬于機器人和機械制造領域,特別涉及一種具有匯交副的4、5自由度對稱并聯機器人機構。其特征是:動平臺(1)通過3個、4個或5個結構完全相同的分支與定平臺(11)相連接,所有分支中從動平臺(1)開始計數的前2個運動副(2)和(4)為轉動副,它們的軸線在空間相交于同一點,定平臺(11)和動平臺(1)可以是三角形、四邊形或五邊形;其中4自由度并聯機器人機構可以實現在3維空間的3個轉動和沿機構動平臺(1)法線方向的1個移動5自由度并聯機器人機構可以實現在3維空間的3個轉動和2個移動。它們可以被應用作為機器人、微動作器或并聯機床。
文檔編號B25J11/00GK1381338SQ02104919
公開日2002年11月27日 申請日期2002年3月9日 優先權日2002年3月9日
發明者黃真, 李秦川 申請人:燕山大學