專利名稱：具有匯交副的4、5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
本項(xiàng)發(fā)明屬于機(jī)器人和機(jī)械制造領(lǐng)域，特別涉及一種具有匯交副的4、5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)屬于空間多自由度多環(huán)閉鏈機(jī)構(gòu)，和串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)具有剛度大、承載能力大、累積誤差小、動態(tài)特性好、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。目前，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于除并聯(lián)機(jī)器人外的虛擬軸機(jī)床、微動操作臺、各種運(yùn)動模擬器、傳感器等方面。
目前3、6自由度的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛，而4、5自由度并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)較少，已有的少數(shù)4、5自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)大都不具有完全對稱性。
本發(fā)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(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，而且具有剛度高、結(jié)構(gòu)簡單、加工裝配性好等優(yōu)點(diǎn)。
這種具有匯交副的4、5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括動平臺1、定平臺11和連接動平臺1和定平臺11的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)的前2個運(yùn)動副2和4為轉(zhuǎn)動副，它們的軸線在空間相交于同一點(diǎn)，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(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，定平臺11和動平臺1都是三角形，通過3個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，3個分支的轉(zhuǎn)動副10連接定平臺11和連桿9，轉(zhuǎn)動副8連接連桿9和連桿7，轉(zhuǎn)動副4連接連桿5和連桿3，轉(zhuǎn)動副6、8和10的軸線平行于定平臺11，轉(zhuǎn)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(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，把第一種4自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)所有分支中的轉(zhuǎn)動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉(zhuǎn)動副6和轉(zhuǎn)動副10的軸線；在第三種具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，定平臺11和動平臺1都是四邊形，通過4個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，所有4個分支的轉(zhuǎn)動副10連接定平臺11和連桿9，轉(zhuǎn)動副8連接連桿9和連桿7，轉(zhuǎn)動副4連接連桿5和連桿3，轉(zhuǎn)動副6、8和10的軸線平行于定平臺11，轉(zhuǎn)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(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，把第三種4自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)所有分支中的轉(zhuǎn)動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉(zhuǎn)動副6和轉(zhuǎn)動副10的軸線；在第一種具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，定平臺11和動平臺1都是三角形，通過3個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，所有分支的轉(zhuǎn)動副10連接定平臺11和連桿9，轉(zhuǎn)動副8連接連桿9和連桿7，轉(zhuǎn)動副4連接連桿5和連桿3，轉(zhuǎn)動副2連接連桿3和動平臺1，轉(zhuǎn)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(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，把第一種5自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)所有分支中的轉(zhuǎn)動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉(zhuǎn)動副6和轉(zhuǎn)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(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，定平臺11和動平臺1都是五邊形，通過5個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，所有分支的轉(zhuǎn)動副10連接定平臺11和連桿9，轉(zhuǎn)動副8連接連桿9和連桿7，轉(zhuǎn)動副4連接連桿5和連桿3，轉(zhuǎn)動副2連接連桿3和動平臺1，轉(zhuǎn)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(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，把第三種5自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)所有分支中的轉(zhuǎn)動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉(zhuǎn)動副6和轉(zhuǎn)動副10的軸線，平行于定平臺11；附圖及實(shí)施例

圖1為第一種具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意2為第二種具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意3為第三種具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意4為第四種具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意5為第一種具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意6為第二種具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意7為第三種具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意8為第四種具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖附圖1為本發(fā)明的第1個具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)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(jié)構(gòu)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(shù)的前2個運(yùn)動副為轉(zhuǎn)動副2和4，3個分支共有6個這樣的轉(zhuǎn)動副，它們的軸線在空間相交于同一點(diǎn)；所有分支的轉(zhuǎn)動副10連接定平臺11和連桿9；轉(zhuǎn)動副8連接連桿9和連桿7；轉(zhuǎn)動副4連接連桿5和連桿3，轉(zhuǎn)動副6、8和10的軸線平行于定平臺11；轉(zhuǎn)動副2連接連桿3和動平臺1。
附圖2為本發(fā)明的第二個具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)施例(見圖2)。把本發(fā)明的第1個4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)施例中的所有分支中的轉(zhuǎn)動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉(zhuǎn)動副6和轉(zhuǎn)動副10的軸線。
附圖3為本發(fā)明的第3個具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)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(jié)構(gòu)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(shù)的前2個運(yùn)動副為轉(zhuǎn)動副2和4，4個分支共有8個這樣的轉(zhuǎn)動副，它們的軸線在空間相交于同一點(diǎn)；所有分支的轉(zhuǎn)動副10連接定平臺11和連桿9；轉(zhuǎn)動副8連接連桿9和連桿7；轉(zhuǎn)動副4連接連桿5和連桿3，轉(zhuǎn)動副6、8和10的軸線平行于定平臺11；轉(zhuǎn)動副2連接連桿3和動平臺1。
附圖4為本發(fā)明的第4個具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)施例(見圖4)。把本發(fā)明的第3個4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)施例中的所有分支中的轉(zhuǎn)動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉(zhuǎn)動副6和轉(zhuǎn)動副10的軸線。
附圖5為本發(fā)明的第1個具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)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(jié)構(gòu)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(shù)的前2個運(yùn)動副為轉(zhuǎn)動副2和4，3個分支共有6個這樣的轉(zhuǎn)動副，它們的軸線在空間相交于同一點(diǎn)；所有分支的轉(zhuǎn)動副10連接定平臺11和連桿9；轉(zhuǎn)動副8連接連桿9和連桿7；轉(zhuǎn)動副4連接連桿5和連桿3；轉(zhuǎn)動副2連接連桿3和動平臺1；轉(zhuǎn)動副6、8和10的軸線垂直于定平臺11。
附圖6為本發(fā)明的第2個具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)施例(見圖6)。把本發(fā)明的第1個具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的實(shí)施例中的所有分支中的轉(zhuǎn)動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉(zhuǎn)動副6和轉(zhuǎn)動副10的軸線，平行于定平臺。
附圖7為本發(fā)明的第3個具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)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(jié)構(gòu)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(shù)的前2個運(yùn)動副為轉(zhuǎn)動副2和4，5個分支共有10個這樣的轉(zhuǎn)動副，它們的軸線在空間相交于同一點(diǎn)；所有分支的轉(zhuǎn)動副10連接定平臺11和連桿9；轉(zhuǎn)動副8連接連桿9和連桿7；轉(zhuǎn)動副4連接連桿5和連桿3；轉(zhuǎn)動副2連接連桿3和動平臺1；轉(zhuǎn)動副6、8和10的軸線垂直于定平臺11。
附圖8為本發(fā)明的第4個具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)施例(見圖8)。把本發(fā)明的第3個具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的實(shí)施例中的所有分支中的轉(zhuǎn)動副8替換為移動副12，該移動副12的軸線垂直于轉(zhuǎn)動副6和轉(zhuǎn)動副10的軸線，平行于定平臺。
本發(fā)明的具有匯交副的4、5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，具有很好的運(yùn)動學(xué)性能、高的剛度和較大的工作空間；其運(yùn)動學(xué)正反解十分簡單，易于控制；其中的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)空間的3個轉(zhuǎn)動和沿動平臺1法線方向的1個移動；5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)空間的3個轉(zhuǎn)動和2個移動，可廣泛用于并聯(lián)機(jī)器人、微動工作臺、虛擬軸機(jī)床和飛行模擬器等。
權(quán)利要求
1.一種具有匯交副的4、5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括動平臺(1)、定平臺(11)和連接動平臺(1)和定平臺(11)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)的前2個運(yùn)動副(2)和(4)為轉(zhuǎn)動副，它們的軸線在空間相交于同一點(diǎn)，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(jù)權(quán)利要求1所述的具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是三角形，通過3個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數(shù)的前3個運(yùn)動副(6)、(8)和(10)為轉(zhuǎn)動副，其軸線平行于定平臺(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是三角形，通過3個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數(shù)的前3個運(yùn)動副(6)、(12)和(10)分別為轉(zhuǎn)動副，移動副和轉(zhuǎn)動副。2個轉(zhuǎn)動副(6)和(10)軸線相互平行，移動副(10)的軸線垂直于轉(zhuǎn)動副(6)和(10)的軸線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是四邊形，通過4個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數(shù)的前3個運(yùn)動副(6)、(8)和(10)為轉(zhuǎn)動副，其軸線平行于定平臺(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有匯交副的4自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是四邊形，通過4個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數(shù)的前3個運(yùn)動副(6)、(12)和(10)分別為轉(zhuǎn)動副，移動副和轉(zhuǎn)動副。2個轉(zhuǎn)動副(6)和(10)軸線相互平行，移動副(10)的軸線垂直于轉(zhuǎn)動副(6)和(10)的軸線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是三角形，通過3個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數(shù)的前3個運(yùn)動副(6)、(8)和(10)為轉(zhuǎn)動副，其軸線垂直于定平臺(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是三角形，通過3個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數(shù)的前3個運(yùn)動副(6)、(12)和(10)分別為轉(zhuǎn)動副，移動副和轉(zhuǎn)動副，2個轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副(6)和(10)的軸線，平行于定平臺(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是五邊形，通過5個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數(shù)的前3個運(yùn)動副(6)、(8)和(10)為轉(zhuǎn)動副，其軸線垂直于定平臺(11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有匯交副的5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于定平臺(11)和動平臺(1)都是五邊形，通過5個結(jié)構(gòu)完全相同的分支相連接，所有分支從定平臺(11)開始計數(shù)的前3個運(yùn)動副(6)、(12)和(10)分別為轉(zhuǎn)動副，移動副和轉(zhuǎn)動副，2個轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副(6)和(10)的軸線，平行于定平臺(11)。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)器人和機(jī)械制造領(lǐng)域,特別涉及一種具有匯交副的4、5自由度對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。其特征是:動平臺(1)通過3個、4個或5個結(jié)構(gòu)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(shù)的前2個運(yùn)動副(2)和(4)為轉(zhuǎn)動副,它們的軸線在空間相交于同一點(diǎn),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(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在3維空間的3個轉(zhuǎn)動和沿機(jī)構(gòu)動平臺(1)法線方向的1個移動5自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在3維空間的3個轉(zhuǎn)動和2個移動。它們可以被應(yīng)用作為機(jī)器人、微動作器或并聯(lián)機(jī)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(yōu)先權(quán)日2002年3月9日
發(fā)明者黃真, 李秦川 申請人:燕山大學(xué)