專利名稱：轉(zhuǎn)動副組合單元及其組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及先進(jìn)制造領(lǐng)域，具體為轉(zhuǎn)動副組合單元及其組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)。所謂運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)是指并聯(lián)機(jī)構(gòu)在某個(gè)方向上的平動或轉(zhuǎn)動僅僅依賴于該方向上驅(qū)動單元的動作，而其他方向上的驅(qū)動單元不作有效動作的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。國際專利分類號擬為IPC.CL7.B25J9/08。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)構(gòu)是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的驅(qū)動單元并聯(lián)安裝并共同完成動作的機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于重載模擬設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、傳感器及微操作等技術(shù)領(lǐng)域。
迄今，使用純轉(zhuǎn)動副的并聯(lián)機(jī)構(gòu)已有一些研究成果如，得耳他(DELTA)機(jī)構(gòu)(參見文獻(xiàn)《得耳他，一種高速并聯(lián)機(jī)器人》(R.Clavle，″DELTA，a fast robotwith parallel geometry″，inProceedings of the Imernational Symposium onIndustrial Robotics，Switzerland，1998，pp.91-100))使用純轉(zhuǎn)動副構(gòu)成三自由度平動并聯(lián)機(jī)器人；又如，拉維耳(Laval)大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研制的靈巧眼(參見文獻(xiàn)《靈巧眼高性能三自由度相機(jī)定向裝置》(Gosselin，C.M.，and Hamel，J.-F.，″The Agile Eyea High-Performance Three-Degree-of-FreedomCamera-Orienting Device，″IEEE International Conference on Robotics andAutomation，San Diego，CA，pp.781-786，1994.))，使用純轉(zhuǎn)動副產(chǎn)生空間三個(gè)方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。然而，上述機(jī)構(gòu)各驅(qū)動單元之間的運(yùn)動是耦合的，即機(jī)構(gòu)的整體輸出平臺沿任一方向的運(yùn)動都是所有驅(qū)動單元的運(yùn)動合成，因此導(dǎo)致該機(jī)構(gòu)控制十分復(fù)雜，標(biāo)定困難，同時(shí)也制約了精度的提高和成本的下降。
關(guān)于純轉(zhuǎn)動副運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一組轉(zhuǎn)動副組合單元及其組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它具有運(yùn)動解耦，結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，運(yùn)動精度高，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是首先設(shè)計(jì)一種轉(zhuǎn)動副組合單元，其特征在于它包括轉(zhuǎn)動副軸線空間正交布置并由桿33連接的兩組轉(zhuǎn)動副單元3A和3C，所述的轉(zhuǎn)動副單元3A包括由桿32連接的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行的兩個(gè)轉(zhuǎn)動副31a和31b；所述的轉(zhuǎn)動副單元3C包括由桿34和35連接的各轉(zhuǎn)動副軸線相互平行的三個(gè)轉(zhuǎn)動副31c、31d和31e，兩組轉(zhuǎn)動副單元3A和3C的連接點(diǎn)為所述的轉(zhuǎn)動副31c。
本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)計(jì)了由所述的轉(zhuǎn)動副組合單元組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)。它包括機(jī)座1、動平臺2和分別固連在機(jī)座1上和動平臺2之間的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同或不同的轉(zhuǎn)動副組合單元，其特征在于所述的組合單元均為權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)動副組合單元，或者所述的組合單元為權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)動副組合單元的任意組合，且三個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元分別與動平臺2相連的轉(zhuǎn)動副31e其軸線在空間彼此兩兩正交。
本發(fā)明由于獨(dú)特設(shè)計(jì)了所述的轉(zhuǎn)動副組合單元，并且可由其三個(gè)分別固連在機(jī)座和動平臺之間構(gòu)成運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，當(dāng)其中任意一個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元執(zhí)行驅(qū)動工作時(shí)，其它兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元都會產(chǎn)生相應(yīng)牽連運(yùn)動或者協(xié)調(diào)運(yùn)動，而不會產(chǎn)生耦合運(yùn)動，因此可以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動解耦，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的主要目的或者說解決本發(fā)明的主要技術(shù)問題。又由于本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)動副組合單元僅由轉(zhuǎn)動副和連桿組成，因此具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，容易控制，成本降低等優(yōu)點(diǎn)。
經(jīng)檢索，國內(nèi)外尚沒有發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明轉(zhuǎn)動副組合單元及其組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)相同或相似技術(shù)的文獻(xiàn)報(bào)道。


圖1為本發(fā)明中轉(zhuǎn)動副組合單元的一種實(shí)施例(即轉(zhuǎn)動副組合單元3)示意圖；圖2為本發(fā)明中轉(zhuǎn)動副組合單元的又一種實(shí)施例(即轉(zhuǎn)動副組合單元4)示意圖。
圖3為本發(fā)明中轉(zhuǎn)動副組合單元的第三種實(shí)施例(即轉(zhuǎn)動副組合單元5)示意圖；圖4為本發(fā)明中由三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同的轉(zhuǎn)動副組合單元3組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一種實(shí)施例示意圖。
圖5為本發(fā)明中由三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同的轉(zhuǎn)動副組合單元4組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的又一種實(shí)施例示意圖；
圖6為本發(fā)明中由三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同的轉(zhuǎn)動副組合單元5組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的另一種實(shí)施例示意圖。
圖7為本發(fā)明中由三個(gè)結(jié)構(gòu)形式不同的轉(zhuǎn)動副組合單元(即3、4、5)組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的第四種實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明實(shí)施例1圖1為本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種轉(zhuǎn)動副組合單元(即轉(zhuǎn)動副組合單元3)的實(shí)施例示意圖。它包括兩組轉(zhuǎn)動副第一組轉(zhuǎn)動副3A包括31a，31b及連接此二轉(zhuǎn)動副的連桿32；第二組轉(zhuǎn)動副3C包括31c，31d，31e及連接此三個(gè)轉(zhuǎn)動副的連桿34和35；兩組轉(zhuǎn)動副3A、3C通過連桿33經(jīng)所述的轉(zhuǎn)動副31b，31c軸線垂直連接成轉(zhuǎn)動副組合單元3。其設(shè)計(jì)特征在于所述的兩組轉(zhuǎn)動副3A、3C在各組之中的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行；兩組之間的轉(zhuǎn)動副軸線相互正交。
實(shí)施例2圖2為本發(fā)明設(shè)計(jì)的又一種轉(zhuǎn)動副組合單元(即轉(zhuǎn)動副組合單元4)的實(shí)施例示意圖。它也包括兩組轉(zhuǎn)動副3A、3C第一組轉(zhuǎn)動副3A同樣包括31a，31b及連接此二轉(zhuǎn)動副的連桿32；第二組轉(zhuǎn)動副3C同樣包括31c，31d，31e及連接此二轉(zhuǎn)動副的連桿34，35；兩組轉(zhuǎn)動副3A、3C通過連桿33經(jīng)轉(zhuǎn)動副31b，31c軸線垂直連接成轉(zhuǎn)動副組合單元4。其設(shè)計(jì)特征在于所述的兩組轉(zhuǎn)動副3A、3C，同組之中的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行；不同組之間的轉(zhuǎn)動副軸線相互正交。
實(shí)施例2與實(shí)施例1，或者轉(zhuǎn)動副組合單元3與轉(zhuǎn)動副組合單元4的區(qū)別僅在于兩組轉(zhuǎn)動副3A、3C通過連桿33經(jīng)轉(zhuǎn)動副31b，31c軸線垂直連接成轉(zhuǎn)動副組合單元時(shí)，轉(zhuǎn)動副31b的軸線與轉(zhuǎn)動副31c軸線垂直連接方式不同或互為相反。
實(shí)施例3圖3為本發(fā)明設(shè)計(jì)的第三種轉(zhuǎn)動副組合單元(即轉(zhuǎn)動副組合單元5)的實(shí)施例示意圖。它是在轉(zhuǎn)動副組合單元4的基礎(chǔ)上增加一組與轉(zhuǎn)動副單元3A結(jié)構(gòu)相同的轉(zhuǎn)動副單元3A′構(gòu)成的。所增加的轉(zhuǎn)動副單元3A′以所述的連接點(diǎn)31c為對稱軸對稱連接，也就是說，這組轉(zhuǎn)動副單元(3A+3A′)包括對稱的轉(zhuǎn)動副31a與31a′，對稱的轉(zhuǎn)動副31b與31b′，以及對稱的連桿32與32′，還有連接轉(zhuǎn)動副31b與31b′的連桿33。其設(shè)計(jì)特征在于所述的兩組轉(zhuǎn)動副，同組轉(zhuǎn)動副軸線相互平行；不同組轉(zhuǎn)動副軸線相互正交。
實(shí)施例3與實(shí)施例1、2相比，具有更大和更穩(wěn)定的驅(qū)動力。
實(shí)施例4圖4為由三個(gè)所述的轉(zhuǎn)動副組合單元3組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)施例示意圖。它包括機(jī)座1、動平臺2和分別固連在機(jī)座1上和動平臺2之間的三個(gè)如實(shí)施例1所示的轉(zhuǎn)動副組合單元3(3x、3y和3z)。所述的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同的轉(zhuǎn)動副組合單元3與動平臺2相連的轉(zhuǎn)動副31e其軸線在空間彼此兩兩正交。
在這一實(shí)施例中，當(dāng)任一轉(zhuǎn)動副組合單元3(如3x)經(jīng)輸入轉(zhuǎn)動副31a驅(qū)動動平臺2運(yùn)動時(shí)，可以順利帶動其它兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元3(如3y，3z)上的轉(zhuǎn)動副31c，31d，31e轉(zhuǎn)動及連桿34，35的運(yùn)動，但所產(chǎn)生的運(yùn)動是平面牽連運(yùn)動，進(jìn)而產(chǎn)生動平臺2與這兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元3(如3y，3z)輸入轉(zhuǎn)動副31a之間的相對移動，從而使工作的轉(zhuǎn)動副組合單元3x的輸入31a與另外兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元3y，3z的輸入轉(zhuǎn)動副31a運(yùn)動無關(guān)，也即實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動副組合單元3x的驅(qū)動動平臺2沿x軸運(yùn)動解耦。由于三個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元3結(jié)構(gòu)形式完全一樣，因此在x、y、z三個(gè)方向上都可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動解耦，也即可以順利實(shí)現(xiàn)本發(fā)明運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度解耦運(yùn)動。
實(shí)施例5圖5為由三個(gè)所述的轉(zhuǎn)動副組合單元4組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)施例示意圖。它包括機(jī)座1、動平臺2和分別固連在機(jī)座1上和動平臺2之間的三個(gè)如實(shí)施例2所示的轉(zhuǎn)動副組合單元4(4x、4y和4z)。所述的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同的轉(zhuǎn)動副組合單元4與動平臺2相連的轉(zhuǎn)動副31e其軸線在空間彼此兩兩正交。
在這一實(shí)施例中，當(dāng)任一轉(zhuǎn)動副組合單元4(如4x)經(jīng)輸入轉(zhuǎn)動副31a驅(qū)動動平臺2運(yùn)動時(shí)，可以順利帶動其它兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元4(如4y，4z)上的轉(zhuǎn)動副31c，31d，31e轉(zhuǎn)動及連桿34，35的運(yùn)動，但所產(chǎn)生的運(yùn)動是平面牽連運(yùn)動，進(jìn)而產(chǎn)生動平臺2與這兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元4(如4y，4z)輸入轉(zhuǎn)動副31a之間的相對移動。從而使工作的轉(zhuǎn)動副組合單元4x的輸入31a與另外兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元4y，4z的輸入31a運(yùn)動無關(guān)，也即實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動副組合單元4x的驅(qū)動動平臺2沿x軸運(yùn)動解耦。由于三個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元4結(jié)構(gòu)形式完全一樣，因此在x、y、z三個(gè)方向上都可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動解耦，也即可以順利實(shí)現(xiàn)本發(fā)明運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度解耦運(yùn)動。
實(shí)施例6圖6為由三個(gè)所述的轉(zhuǎn)動副組合單元5組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)施例示意圖。它包括機(jī)座1、動平臺2和分別固連在機(jī)座1上和動平臺2之間的三個(gè)如實(shí)施例3所示的轉(zhuǎn)動副組合單元5(5x、5y和5z)。所述的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同的轉(zhuǎn)動副組合單元5與動平臺2相連的轉(zhuǎn)動副31e其軸線在空間彼此兩兩正交。
在這一實(shí)施例中，當(dāng)任一轉(zhuǎn)動副組合單元5(如5x)經(jīng)輸入轉(zhuǎn)動副31a驅(qū)動動平臺2運(yùn)動時(shí)，可以順利帶動其它兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元5(如5y，5z)上的轉(zhuǎn)動副31c，31d，31e轉(zhuǎn)動及連桿34，35的運(yùn)動，但所產(chǎn)生的運(yùn)動是平面牽連運(yùn)動，進(jìn)而產(chǎn)生動平臺2與這兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元5(如5y，5z)輸入轉(zhuǎn)動副31a之間的相對移動。從而使工作的轉(zhuǎn)動副組合單元5x的輸入31a與另外兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元5y，5z的輸入31a運(yùn)動無關(guān)，也即實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動副組合單元5x的驅(qū)動動平臺2沿x軸運(yùn)動解耦。由于三個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元5的結(jié)構(gòu)形式完全一樣，因此在x、y、z三個(gè)方向上都可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動解耦，也即可以順利實(shí)現(xiàn)本發(fā)明運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度解耦運(yùn)動。
實(shí)施例7圖7為由實(shí)施例1、2、3所述的三個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元3、4、5組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)施例示意圖。它包括機(jī)座1、動平臺2和分別固連在機(jī)座1上和動平臺2之間的三個(gè)分別如實(shí)施例1、2、3所示的轉(zhuǎn)動副組合單元3、4、5。所述的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式不同的轉(zhuǎn)動副組合單元3、4、5與在機(jī)座1上和動平臺2之間的固連安排無關(guān)，也即轉(zhuǎn)動副組合單元3、4、5中的任意一個(gè)可以與機(jī)座1上的任意一個(gè)支持面(X、Y、Z)或支持架固連。所述的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式不同的轉(zhuǎn)動副組合單元3、4、5與動平臺2相連的轉(zhuǎn)動副31e其軸線在空間彼此兩兩正交。
在這一實(shí)施例中，當(dāng)任一轉(zhuǎn)動副組合單元(如4)經(jīng)輸入轉(zhuǎn)動副31a帶動動平臺2運(yùn)動時(shí)，可以順利帶動其它兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元(如3，5)上的轉(zhuǎn)動副31c，31d，31e轉(zhuǎn)動及連桿34，35的運(yùn)動，但所產(chǎn)生的運(yùn)動是平面牽連運(yùn)動，進(jìn)而產(chǎn)生動平臺2與這兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元(如3，5)輸入轉(zhuǎn)動副31a之間的相對移動。從而使工作的轉(zhuǎn)動副組合單元4的輸入31a與另外兩個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元3，5的輸入31a運(yùn)動無關(guān)，也即實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動副組合單元4驅(qū)動動平臺2沿x軸方向運(yùn)動解耦。同理(參見實(shí)施例3、5)，也可實(shí)現(xiàn)y、z兩個(gè)方向上的運(yùn)動解耦。因此在x、y、z三個(gè)方向上都可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動解耦，也即可以順利實(shí)現(xiàn)本發(fā)明運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度解耦運(yùn)動。
根據(jù)實(shí)施例4-7所述，還可以進(jìn)一步給出多個(gè)實(shí)施例。它們包括實(shí)施例1、2、3所述的轉(zhuǎn)動副組合單元3、4、5除實(shí)施例7以外的其他任意組合安排3、3、4；3、3、5；3、4、4；3、5、5；4、4、5；4、5、5等，其他條件同于實(shí)施例7。它們依照同樣道理在x、y、z三個(gè)方向上都可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動解耦，也即可以順利實(shí)現(xiàn)本發(fā)明運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度解耦運(yùn)動。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)動副組合單元，其特征在于它包括轉(zhuǎn)動副軸線空間正交布置并由桿(33)連接的兩組轉(zhuǎn)動副單元(3A)和(3C)，所述的轉(zhuǎn)動副單元(3A)包括由桿(32)連接的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行的兩個(gè)轉(zhuǎn)動副(31a)和(31b)；所述的轉(zhuǎn)動副單元(3C)包括由桿(34)和(35)連接的各轉(zhuǎn)動副軸線相互平行的三個(gè)轉(zhuǎn)動副(31c)、(31d)和(31e)，兩組轉(zhuǎn)動副單元(3A)和(3C)的連接點(diǎn)為所述的轉(zhuǎn)動副(31c)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動副組合單元，其特征在于所述的由桿(33)連接的兩組轉(zhuǎn)動副單元(3A)和(3C)之間的轉(zhuǎn)動副軸線空間相互垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動副組合單元，其特征在于該轉(zhuǎn)動副組合單元增加一組與所述的轉(zhuǎn)動副單元(3A)結(jié)構(gòu)相同的轉(zhuǎn)動副單元(3A′)，并且也由桿(33)連接在所述的連接點(diǎn)轉(zhuǎn)動副(31c)上，所述的轉(zhuǎn)動副單元(3A′)包括由桿(32′)連接的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行的兩個(gè)轉(zhuǎn)動副(31a′)和(31b′)。
4.一種轉(zhuǎn)動副解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)座(1)、動平臺(2)和分別固連在機(jī)座(1)上和動平臺(2)之間的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同或不同的轉(zhuǎn)動副組合單元，其特征在于所述的組合單元均為權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)動副組合單元，或者所述的組合單元為權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)動副組合單元的任意組合，且三個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元分別與動平臺(2)相連的轉(zhuǎn)動副(31e)其軸線在空間彼此兩兩正交。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)動副組合單元及其組成的運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動副組合單元的特征在于它包括轉(zhuǎn)動副軸線空間正交布置并由桿33連接的兩組轉(zhuǎn)動副單元3A和3C，所述轉(zhuǎn)動副單元3A包括由桿32連接的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行的兩個(gè)轉(zhuǎn)動副31a和31b；所述轉(zhuǎn)動副單元3C包括桿34和35連接的各轉(zhuǎn)動副軸線相互平行的三個(gè)轉(zhuǎn)動副31c、31d和31e，所述兩組轉(zhuǎn)動副單元的連接點(diǎn)為轉(zhuǎn)動副31c。所述運(yùn)動解耦并聯(lián)機(jī)包括機(jī)座、動平臺和分別固連在兩者之間的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同或不同的轉(zhuǎn)動副組合單元，其特征在于組合單元均為所述轉(zhuǎn)動副組合單元，或者所述轉(zhuǎn)動副組合單元的任意組合，且三個(gè)轉(zhuǎn)動副組合單元分別與動平臺相連的轉(zhuǎn)動副其軸線在空間彼此兩兩正交。
文檔編號B25J9/00GK1546286SQ200310107500
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日
發(fā)明者李為民, 高峰, 張建軍 申請人:河北工業(yè)大學(xué)