專利名稱：一種無奇異性空間五自由度并聯機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種并聯機器人結構，尤其是一種無奇異性的可以實現空
間2個方向轉動和3個方向移動的五自由度并聯機器人。
背景技術：
并聯機構擁有許多優異的特性如誤差小、剛度高、承載能力大等，但是其 自身也存在著固有的缺點，奇異性就是并聯機構的固有性質之一。對于并聯機 構而言奇異性通常是指當機構位于某種特定位形時，其動平臺的正常自由度會 發生瞬間改變。處于奇異位形狀態下的并聯機構會產生許多不良特性，如機構 瞬時喪失剛度、末端定位精度降低、驅動力無法平衡動平臺特定廣義力等，因 此研究如何消除機構的奇異性是并聯機構非常關鍵的問題。 發明內容
針對上述不足，本實用新型的目的是提供一種無奇異性的可以實現空間2 個方向轉動和3個方向移動的五自由度并聯機器人。
本實用新型的無奇異性空間五自由度并聯機器人，包括一個四邊形動平臺、 一個四邊形靜平臺以及連接動平臺和靜平臺的五條支鏈，其中四條支鏈為結構 相同的非約束支鏈， 一條支鏈為約束支鏈，每條非約束支鏈由依次連接的虎克 鉸、具有兩根滑桿的第一移動副和第一球鉸組成，四條非約束支鏈上的虎克鉸 和第一球鉸分別與靜平臺和動平臺的對應角點相連，虎克鉸的兩條旋轉軸線均 與靜平臺所在平面重合，其中虎克鉸的一條旋轉軸線與虎克鉸所在靜平臺角點 的對角線平行，第一球鉸的球心與動平臺所在平面重合。約束支鏈由依次連接 的旋轉副、具有兩根滑桿的第二移動副和第二球鉸組成，約束支鏈上的旋轉副 與靜平臺的中心相連，約束支鏈上的第二球鉸與動平臺的中心相連，第二球鉸 的球心與動平臺所在平面重合，旋轉副的軸線與動平臺的一條對角線重合，動 平臺的邊長與靜平臺的邊長不等。
上述二轉動三移動五自由度并聯機器人的靜平臺固定在機架上，四條非約
束支鏈的第一移動副由直線電機驅動，約束支鏈的移動副同樣由直線電機驅動。 當電機驅動運動副運動后，四條非約束支鏈和一條約束支鏈上的移動副兩根滑 桿發生相互移動，五條支鏈同時帶動動平臺做相應的運動。由于五條支鏈在機 構運動的過程中始終保持不平行的關系，根據機構的運動學分析可知，整個機 構由五個電機驅動具有五個自由度，且不存在奇異性。
與現有的其他并聯機構相比較，本實用新型具有的優點是1. 并聯機器人結構簡單、承載能力強、工作空間大、易于控制。
2. 并聯機器人適用領域廣泛，可用作并聯機床、精密傳感器、手術機器人以 及微動工作臺等，有很好的應用前景。
3. 并聯機器人不具有奇異性，在工作過程中不會出現某些位置上剛度消失 以及驅動力無法平衡動平臺特定廣義力的問題。
圖1為本實用新型的無奇異性空間五自由度并聯機器人示意圖。
圖中1.動平臺，2.靜平臺，3.非約束支鏈，4.旋轉副，5.第一移動副， 6.滑桿，7.虎克鉸，8.第一球鉸，9滑桿，IO.第二移動副，11.第二球鉸，12.非 約束支鏈。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
參照圖1，本實用新型的無奇異性空間五自由度并聯機器人，包括一個四邊 形動平臺1、 一個四邊形靜平臺2以及連接動平臺1和靜平臺2的五條支鏈，其 中四條支鏈3為結構相同的非約束支鏈， 一條支鏈12為約束支鏈，每條非約束 支鏈由依次連接的虎克鉸7、具有兩根滑桿6的第一移動副5和第一球鉸8組成， 四條非約束支鏈3上的虎克鉸7和第一球鉸8分別與靜平臺2和動平臺1的對 應角點相連，虎克鉸7的兩條旋轉軸線均與靜平臺2所在平面重合，其中虎克 鉸7的一條旋轉軸線與虎克鉸7所在靜平臺角點的對角線平行，第一球鉸8的 球心與動平臺所在平面重合。約束支鏈12由依次連接的旋轉副4、具有兩根滑 桿9的第二移動副10和第二球鉸11組成，約束支鏈12上的旋轉副4與靜平臺 2的中心相連，約束支鏈上的第二球鉸11與動平臺1的中心相連，第二球鉸11 的球心與動平臺所在平面重合，旋轉副4的軸線與動平臺的一條對角線重合， 動平臺的邊長與靜平臺的邊長不等。
圖例中，動平臺的邊長小于靜平臺的邊長。
工作原理如下
并聯機器人的四條非約束支鏈3的第一移動副5在直線電機驅動下使兩根 滑桿6發生相對滑移，使得非約束支鏈可以伸縮。約束支鏈12的第二移動副10 在直線電機驅動下使兩根滑桿9同樣發生相對滑移，使得非約束支鏈可以伸縮。 由于靜平臺2固定在機架上，五條支鏈的一端通過運動副固定在靜平臺2上， 另一端通過運動副固定在動平臺1上，動平臺在四條支鏈的共同作用下，可以 發生空間的兩個方向的轉動和三個方向的移動。即可以做繞X、 Y軸的轉動以 及沿X、 Y、 Z軸方向的移動。整個機構具有五個自由度，且不存在奇異性。
權利要求1.一種無奇異性空間五自由度并聯機器人，其特征在于包括一個四邊形動平臺(1)、一個四邊形靜平臺(2)以及連接動平臺(1)和靜平臺(2)的五條支鏈，其中四條支鏈(3)為結構相同的非約束支鏈，一條支鏈(12)為約束支鏈，每條非約束支鏈由依次連接的虎克鉸(7)、具有兩根滑桿(6)的第一移動副(5)和第一球鉸(8)組成，四條非約束支鏈(3)上的虎克鉸(7)和第一球鉸(8)分別與靜平臺(2)和動平臺(1)的對應角點相連，虎克鉸(7)的兩條旋轉軸線均與靜平臺(2)所在平面重合，其中虎克鉸(7)的一條旋轉軸線與虎克鉸(7)所在靜平臺角點的對角線平行，第一球鉸(8)的球心與動平臺所在平面重合。約束支鏈(12)由依次連接的旋轉副(4)、具有兩根滑桿(9)的第二移動副(10)和第二球鉸(11)組成，約束支鏈(12)上的旋轉副(4)與靜平臺(2)的中心相連，約束支鏈上的第二球鉸(11)與動平臺(1)的中心相連，第二球鉸(11)的球心與動平臺所在平面重合，旋轉副(4)的軸線與動平臺的一條對角線重合，動平臺的邊長與靜平臺的邊長不等。
2. 根據權利要求1所述的一種無奇異性空間五自由度并聯機器人，其特征 在于動平臺的邊長小于靜平臺的邊長。
專利摘要本實用新型的無奇異性空間五自由度并聯機器人包括動平臺、靜平臺以及連接動平臺和靜平臺的五條支鏈，其中四條支鏈為結構相同的非約束支鏈，一條支鏈為約束支鏈，每條非約束支鏈由依次連接的虎克鉸、具有兩根滑桿的第一移動副和第一球鉸組成，四條非約束支鏈上的虎克鉸和第一球鉸分別與靜平臺和動平臺的對應角點相連，約束支鏈由依次連接的旋轉副、具有兩根滑桿的第二移動副和第二球鉸組成，約束支鏈上的旋轉副與靜平臺的中心相連，約束支鏈上的第二球鉸與動平臺的中心相連，動平臺的邊長與靜平臺的邊長不等。本實用新型不僅承載能力強，受力特性突出，而且不具有奇異位形，在精密傳感器，微動工作臺，虛擬軸機床等領域有很好的應用前景。
文檔編號B25J11/00GK201380487SQ200920116439
公開日2010年1月13日 申請日期2009年3月26日 優先權日2009年3月26日
發明者彭鐵柱, 李凌豐 申請人:浙江大學