具有三維轉動特征動平臺的空間調姿并聯機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種機器人領域的技術，具體是一種具有三維轉動特征動平臺的空間調姿并聯機構。
【背景技術】
[0002]并聯機構的廣義定義:動平臺和靜平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，且以并聯方式驅動的一種閉環機構。和串聯機器人相比較，并聯機器人具有以下優點:1)無累積誤差，精度較高；2)驅動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態響應好；3)結構緊湊，剛度高，承載能力大。
[0003]根據這些特點，并聯機器人在需要高剛度、高精度或者大載荷而無須很大工作空間的領域內得到了廣泛應用，而少自由度并聯機構相對于六自由度并聯機構來說，又具有結構簡單、造價低、運動學求解相對簡單、輸入少且控制較易實現等特點。因此少自由度并聯機構在工業機器人、虛軸數控機床、飛機運動模擬器以及醫用機器人等領域具有廣泛的應用前景。
[0004]目前絕大多數并聯機構由含三個或以上運動副和兩個或以上連桿的支鏈所構成，對于由含兩個運動副和一個連桿的支鏈所構成的并聯機構的研宄還很少。對于并聯機構而言，支鏈所含的運動副和連桿數越少，其結構越簡單，運動精度也較高，因此設計結構簡單且支鏈所含運動副和連桿數較少的并聯機構是實際工程應用的迫切需要。
[0005]經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN103302659A公開(公告)日2013.09.18，公開了一種單自由度變胞機構，包括:動平臺、三個靜平臺和分別連接兩種平臺的三個支鏈，其中:第一支鏈和第二支鏈的結構相同，分別包括:依次由連桿相連的第一單自由度運動副、第二單自由度運動副和萬向副，其中:第一單自由度運動副與第一靜平臺或第二靜平臺相連，第一萬向副或第二萬向副與動平臺相連；第三支鏈包括:由連桿相連的第一球鉸副和第二球鉸副，其中:第一球鉸副與第三靜平臺相連，第二球鉸副與動平臺相連。
[0006]但該技術通過兩個或以上支鏈將靜平臺與動平臺連接的空間復雜連桿機構，其中支鏈由運動副(轉動副、萬向副、球鉸副和平動副)和連桿通過一定的幾何關系組合而成，結構較為復雜。
【發明內容】
[0007]本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種具有三維轉動特征動平臺的空間調姿并聯機構，可以實現空間內的任意姿態調節；同時各支鏈都為動平臺提供均勻且有效的約束和支撐，從而使執行端的受力更均勻，進而改善了驅動支鏈的受力狀況；此外該機構不存在冗余約束。
[0008]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0009]本發明包括:動平臺、三個與之相連且帶有各自靜平臺的支鏈，其中:每個支鏈由依次連接的靜平臺、萬向副、連桿和球鉸副組成，球鉸副與動平臺相連。
[0010]三個支鏈的萬向副的兩個轉動軸線兩兩相交且互呈角度，其中:第一支鏈的萬向副中的轉動副為主動轉動副，該主動轉動副的驅動裝置是所有能夠提供旋轉驅動的裝置。
技術效果
[0011]與現有技術相比，本發明因為每個支鏈只為動平臺提供一個約束，三個支鏈共計三個約束且不存在任何的冗余約束；該機構的動平臺具有三維轉動特征，可以實現空間內的任意姿態調節；同時各支鏈都為動平臺提供均勻且有效的約束和支撐，從而使執行端的受力更均勻，進而改善了驅動支鏈的受力狀況；各支鏈含兩個運動副和一個連桿，結構較簡單。
[0012]目前實現空間姿態調節的并聯機構一般由含有3個或以上運動副和兩個或以上連桿的支鏈組合而成，對于并聯機構的支鏈而言，減少連桿數和運動副數，可減小運動誤差和簡化力在支鏈上的傳遞路徑，從而提高并聯機構的力學性能和運動精度。該發明機構的支鏈含有兩個運動副和一個連桿，同時動平臺具有三維轉動特征，即可實現空間任意姿態的調節，因此該發明機構具有比一般空間調姿并聯機構更好的性能。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0015]如圖1所示，動平臺M通過三個呈中心對稱分布且結構相同的分支與機架并聯連接:
[0016]第一至第三支鏈Al?A3中，第一至第三萬向副Ul?U3分別連接第一至第三靜平臺Fl?F3，第一至第三連桿I?3分別連接第一至第三萬向副Ul?U3以及第一至第三球鉸副SI?S3，第一至第三球鉸副SI?S3分別與動平臺M相連。
[0017]第一至第三萬向副Ul?U3的兩轉動軸線相交于ο點且成一定角度；
[0018]以Ul、U2和U3的第一轉動副為主動轉動副；主動轉動副的驅動裝置是所有能夠提供旋轉驅動的裝置；
[0019]動平臺具有三維轉動特征，可以實現空間內的任意姿態調節。
[0020]本裝置與現有技術相比，各支鏈由萬向副、球鉸副和一個連桿構成，其動平臺具有三維轉動特征或繞任意方向軸線轉動的能力，可繞空間任意方向軸線轉動，因此可以用于飛機運動模擬和空間姿態調節裝置。
【主權項】
1.一種具有三維轉動特征動平臺的空間調姿并聯機構，其特征在于，包括:動平臺、三個與之相連且帶有各自靜平臺的支鏈，其中:每個支鏈由依次連接的靜平臺、萬向副、連桿和球鉸副組成，球鉸副與動平臺相連；三個支鏈的萬向副的兩個轉動軸線兩兩相交且互呈角度。
2.根據權利要求1所述的具有三維轉動特征動平臺的空間調姿并聯機構，其特征是，第一支鏈的萬向副中的轉動副為主動轉動副。
3.根據權利要求2所述的具有三維轉動特征動平臺的空間調姿并聯機構，其特征是，所述的主動轉動副的驅動裝置是所有能夠提供旋轉驅動的裝置。
【專利摘要】一種機器人技術領域的具有三維轉動特征動平臺的空間調姿并聯機構，包括：動平臺、三個與之相連且帶有各自靜平臺的支鏈，其中：每個支鏈由依次連接的靜平臺、萬向副、連桿和球鉸副組成，球鉸副與動平臺相連。三個支鏈的萬向副的兩個轉動軸線兩兩相交且互呈角度，其中：第一支鏈的萬向副中的轉動副為主動轉動副，該主動轉動副的驅動裝置是所有能夠提供旋轉驅動的裝置。本發明可以實現末端的三維轉動特征，且該機構的驅動和約束分布均勻，同時無冗余約束和驅動，同時各支鏈只含兩個運動副和一個連桿，結構較簡單。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號】CN104875196
【申請號】CN201510314229
【發明人】郭為忠, 郭令
【申請人】上海交通大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月10日