專利名稱：空間少自由度并聯機器人機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種空間少自由度并聯機器人機構，屬于機器人和實驗裝置領域。它包括上、下2個平臺和3個分支機構，通過改變運動副的平面布局和類型來實現三個(2個轉動、1個移動)或四個(2個轉動、2個移動)自由度的空間運動。
在占6％的四自由度并聯機器人中以實現1個轉動、3個移動居多，實現2個移動、2個轉動的很少。四自由度并聯機器人機構少，并不意味著實際中不需要或少需要，恰恰相反，四自由度并聯機器人機構在工業中也有著廣泛的應用，只是人們還沒找到一種把移動和轉動完全分解開來實現四個自由度運動的有效途徑。
在實驗裝置中，目前以串聯形式居多，而并聯形式多半采用六個自由度的。但許多實驗并不需要六個自由度的實驗裝置，三或四個自由度足夠了。因此，結構合理的少自由度并聯機構的開發是必要的。
三自由度并聯機器人機構包括上平臺、下平臺、3組相同的可伸縮支桿、5個運動副和1個固定聯接。5個運動副和1個固定聯接作為可伸縮支桿與上、下平臺的連接點，分別處于2個全等的直角三角形頂點上。其中上平臺上的3個運動副均為球面副，下平臺上的2個運動副中1個為轉動副，另1個為二自由度萬向節(亦稱虎克鉸)，而直角三角形直角頂點處為固定聯接。故上平臺可通過3個可伸縮支桿的移動實現分別繞上平臺直角三角形兩個直角邊的轉動和沿鉛垂方向的移動。
將上述三自由度并聯機器人機構的下平臺上的直角三角形的直角頂點處的固定聯接改換成轉動副，則該并聯機器人機構的自由度數可增為四，上平臺可借助3組可伸縮支桿的軸向伸縮和繞下平臺直角頂點處轉動副的轉動實現分別繞上平臺直角三角形兩個直角邊的轉動，沿其中一個直角邊和鉛垂方向移動的四個自由度的空間運動。
上述下平臺直角頂點處轉動副繞一個直角邊的轉動可由在該處加裝的搖擺式液壓馬達或類似動力頭實現，或在連接上、下平臺直角頂點處的可伸縮支桿上再加裝一個兩端鉸接的可伸縮支桿，且通過它的伸縮來實現。
上述三或四自由度并聯機器人機構驅動方便，結構簡單，剛度大，精度高，反應速度快，正、反解簡單，易于在線控制和實際應用。
如
圖1所示的一種三自由度并聯機器人機構，它包括上平臺(9)、下平臺(1)、3組相同的可伸縮支桿(3)、(4)、(5)、5個運動副(6)、(7)、(8)、(2)、(10)和1個固定聯接(11)。5個運動副(6)、(7)、(8)、(2)、(10)和1個固定聯接(11)作為可伸縮支桿(3)、(4)、(5)與上平臺(9)和下平臺(1)的連接點分別處于2個全等的直角三角形頂點上。其中上平臺(9)上的3個運動副(6)、(7)、(8)為三自由度球面副，下平臺(1)上的2個運動副(2)為二自由度萬向節，(10)為單自由度轉動副，直角三角形直角頂點處為固定聯接(11)。借助可伸縮支桿(3)、(4)、(5)的伸縮，并聯機器人機構的上平臺(9)可做繞其兩個直角邊，即x軸和y軸的轉動以及沿鉛垂方向，即z軸的移動。將上述三自由度并聯機器人機構中下平臺(1)直角頂點處的固定聯接(11)改換成單自由度轉動副(11′)，如圖2所示，即為四自由度并聯機器人機構。借助可伸縮支桿(3)、(4)、(5)的伸縮和可伸縮支桿(3)下端轉動副(11′)繞銷軸的轉動，如在此處加裝搖擺式液壓馬達或類似的動力頭等，可實現上平臺(9)繞x軸、y軸轉動及沿x軸、z軸移動的四自由度空間運動。當然亦可如圖3所示，在連接上平臺(9)和下平臺(1)直角頂點的可伸縮支桿(3)上再加裝一個與其和下平臺(1)用轉動副(12)、(14)連接的斜置可伸縮支桿(13)，于是借助4組可伸縮支桿(3)、(4)、(5)和(13)的伸縮實現上平臺(9)繞x軸、y軸轉動以及沿x軸、z軸移動的四自由度空間運動。
本實用新型將三或四自由度并聯機器人機構的空間轉動有機地結合起來，使其具有驅動方便，結構簡單，剛度大，精度高，反應速度快，正、反解簡單，易于在線控制和實際應用。
權利要求1.一種空間少自由度并聯機器人機構，它包括上平臺(9)、下平臺(1)、3組相同的可伸縮支桿(3)、(4)、(5)、5個運動副(6)、(7)、(8)、(2)、(10)和1個固定聯接(11)，其特征在于三自由度并聯機器人機構的5個運動副(6)、(7)、(8)、(2)、(10)和1個固定聯接(11)分別位于上平臺(9)和下平臺(1)的兩個全等直角三角形的頂點上，其中與上平臺(9)相連的3個運動副(6)、(7)、(8)為三自由度球面副，與下平臺(1)相連的2個運動副分別為萬向節(2)和轉動副(10)，而直角三角形直角頂點處為固定聯接(11)。
2.如權利要求1所述的空間少自由度并聯機器人機構，其特征在于四自由度并聯機器人機構是將權利要求1中所述的三自由度并聯機器人機構中的下平臺(1)直角三角形直角頂點處的固定聯接(11)改換成轉動副(11′)。
專利摘要一種空間少自由度并聯機器人機構，屬于機器人和實驗裝置領域。它包括上、下兩個平臺和連接兩個平臺的3組分支機構。兩個平臺上的運動副配置在全等的直角三角形頂點上，從而實現三或四個自由度的空間運動。其驅動方式可采用轉動下平臺上的轉動副或在一個分支機構上加裝可伸縮的移動副來實現。本實用新型將三或四自由度并聯機器人機構的空間轉動和移動分離開來，使其具有驅動方便，結構簡單，剛度大，精度高，反應速度快，正反解簡單，易于在線控制和實際應用等諸多優點。
文檔編號B25J9/08GK2559457SQ0224762
公開日2003年7月9日 申請日期2002年8月9日 優先權日2002年8月9日
發明者姜廣文, 汪濱琪 申請人:哈爾濱工程大學