專利名稱：一種三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī)器人按運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)形式分為桿支撐并聯(lián)機(jī)構(gòu)和繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)兩大類。桿支撐并聯(lián)機(jī)構(gòu)憑借其結(jié)構(gòu)剛性好、承載能力強(qiáng)、累積誤差小、運(yùn)動(dòng)反解模型簡(jiǎn)單、部件簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，逐漸在國(guó)內(nèi)外機(jī)床行業(yè)占領(lǐng)市場(chǎng)，并將成為21世紀(jì)高速輕型數(shù)控加工的主力裝備。但其存在工作空間較小、奇異點(diǎn)上無法達(dá)到驅(qū)動(dòng)的目的和正向運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算非常復(fù)雜等問題，為工程應(yīng)用帶來了很多困難，控制起來非常復(fù)雜。繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、慣性小、平動(dòng)工作空間大和運(yùn)動(dòng)速度快等特點(diǎn)。但由于繩只能承受拉力，不能承受壓力，其機(jī)構(gòu)必須采用冗余約束控制方案，其運(yùn)動(dòng)學(xué)正解分析和奇異性分析的難度比較大，其機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)是具有過約束牽引的高度耦合的非線性系統(tǒng)，必須對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行線性化和解耦處理。繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工程應(yīng)用中還必須解決繩的彈性變形、繩長(zhǎng)的精確控制、繩必須保持直線等關(guān)鍵問題，控制起來也是非常復(fù)雜。
并聯(lián)機(jī)器人的以上特點(diǎn)限制了該機(jī)構(gòu)在其他工業(yè)領(lǐng)域中更進(jìn)一步的應(yīng)用，如造船業(yè)中的起重機(jī)、需精確定位及主動(dòng)調(diào)整位姿的集裝箱吊裝、復(fù)雜地形人員的主動(dòng)搜救和太空望遠(yuǎn)鏡等。這些應(yīng)用領(lǐng)域均需要機(jī)構(gòu)有較大的工作空間和較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式與控制方式。

發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)控制方式復(fù)雜的不足，本發(fā)明提供一種控制簡(jiǎn)單、工作空間大的三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括底座和動(dòng)平臺(tái)，所述的底座上鉸接有三個(gè)伺服電機(jī)總成，所述的三個(gè)伺服電機(jī)總成分別位于一個(gè)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，每個(gè)伺服電機(jī)總成包括伺服電機(jī)和安裝在伺服電機(jī)的機(jī)座上的卷軸，所述的卷軸與所述伺服電機(jī)的輸出軸平行，該卷軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述伺服電機(jī)的輸出軸連接，用于連接所述底座和伺服電機(jī)總成的鉸軸與伺服電機(jī)的輸出軸垂直；所述的動(dòng)平臺(tái)上還固接有三個(gè)虎克鉸座，每個(gè)虎克鉸座與一個(gè)伺服電機(jī)總成相對(duì)應(yīng)，每個(gè)虎克鉸座通過一條鋼帶與對(duì)應(yīng)的一個(gè)伺服電機(jī)總成連接，所述鋼帶的首端與所述卷軸固接，所述鋼帶的末端與所述的虎克鉸座鉸接；所述的虎克鉸座包括第一鉸座和位于所述第一鉸座下方的第二鉸座，所述的第一鉸座上有第一鉸軸，所述的第二鉸座上有第二鉸軸，所述的第一鉸軸和第二鉸軸相互垂直，所述鋼帶的末端橫向鉸接在所述的第一鉸軸上，所述的第一鉸座橫向鉸接在所述的第二鉸軸上，所述的第二鉸座與所述的動(dòng)平臺(tái)固接。
進(jìn)一步，所述以三個(gè)伺服電機(jī)為三個(gè)頂點(diǎn)的三角形為等邊三角形。
進(jìn)一步，所述鋼帶的末端有鉸塊，所述的鉸塊鉸接在所述的第一鉸軸上。
進(jìn)一步，所述鋼帶的末端呈圓弧狀。
進(jìn)一步，所述的卷軸和所述伺服電機(jī)的輸出軸通過傳動(dòng)帶連接。
本發(fā)明的工作原理是通過伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制鋼帶長(zhǎng)度的變化，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的三自由度平移運(yùn)動(dòng)。整個(gè)機(jī)構(gòu)在工作時(shí)，伺服電機(jī)總成繞其鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)；鋼帶的一端繞卷軸卷動(dòng)，另一端繞第一鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)；第一鉸座繞第二鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明的有益效果在于1.本發(fā)明提供的三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間大，工程應(yīng)用簡(jiǎn)單，控制方式簡(jiǎn)單。
2.本發(fā)明的各個(gè)運(yùn)動(dòng)副之間基本無間隙，提高了運(yùn)動(dòng)精度。
3.本發(fā)明的各個(gè)運(yùn)動(dòng)副在運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生摩擦的摩擦較較小，保護(hù)易產(chǎn)生熱變形，提高了運(yùn)動(dòng)精度。
4.本發(fā)明的并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局合理。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是虎克球座部的局部放大圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參照?qǐng)D1、2，一種三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括底座1和動(dòng)平臺(tái)2，所述的底座1上鉸接有三個(gè)伺服電機(jī)總成，所述的三個(gè)伺服電機(jī)總成分別位于一等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上。每個(gè)伺服電機(jī)總成包括伺服電機(jī)3和安裝在伺服電機(jī)的機(jī)座上的卷軸4，所述的卷軸4與所述伺服電機(jī)3的輸出軸平行，該卷軸4通過傳動(dòng)帶5與所述伺服電機(jī)3的輸出軸連接，用于連接所述底座1和伺服電機(jī)總成的鉸軸與伺服電機(jī)的輸出軸垂直。
所述的動(dòng)平臺(tái)2上還固接有三個(gè)虎克鉸座，每個(gè)虎克鉸座與一個(gè)伺服電機(jī)總成相對(duì)應(yīng)，每個(gè)虎克鉸座通過一條鋼帶6與對(duì)應(yīng)的一個(gè)伺服電機(jī)總成連接，所述鋼帶6的首端與所述卷軸4固接，所述鋼帶6的末端與所述的虎克鉸座鉸接。
所述的虎克鉸座包括第一鉸座7和位于所述第一鉸座下方的第二鉸座8，所述的第一鉸座7上有第一鉸軸9，所述的第二鉸座8上有第二鉸軸10，所述的第一鉸軸9和第二鉸軸10相互垂直，所述鋼帶6的末端呈圓弧狀且有鉸塊11，所述的鉸塊11橫向鉸接在所述的第一鉸軸9上，通過鉸塊將鋼帶連接到鉸軸上對(duì)鋼帶運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性有益，而圓弧狀的末端使鋼帶6在承受側(cè)向力時(shí)具有一定的剛度。所述的第一鉸座7橫向鉸接在所述的第二鉸軸10上，所述的第二鉸座8與所述的動(dòng)平臺(tái)2固接。
本實(shí)施例所述的并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的工作原理是通過伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制鋼帶長(zhǎng)度的變化，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的三自由度平移運(yùn)動(dòng)。整個(gè)機(jī)構(gòu)在工作時(shí)，伺服電機(jī)總成繞其鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)；鋼帶的一端繞卷軸卷動(dòng)，另一端繞第一鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)；第一鉸座繞第二而鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)所述以三個(gè)伺服電機(jī)總成為三個(gè)頂點(diǎn)的三角形為等邊三角形時(shí)整個(gè)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)最為合理，實(shí)際上，只要三個(gè)伺服電機(jī)總成分別位于一個(gè)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上(即不位于同一直線上)，本發(fā)明所述的并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括底座和動(dòng)平臺(tái)，其特征在于所述的底座上鉸接有三個(gè)伺服電機(jī)總成，所述的三個(gè)伺服電機(jī)總成分別位于一個(gè)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，每個(gè)伺服電機(jī)總成包括伺服電機(jī)和安裝在伺服電機(jī)的機(jī)座上的卷軸，所述的卷軸與所述伺服電機(jī)的輸出軸平行，該卷軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述伺服電機(jī)的輸出軸連接，用于連接所述底座和伺服電機(jī)總成的鉸軸與伺服電機(jī)的輸出軸垂直；所述的動(dòng)平臺(tái)上還固接有三個(gè)虎克鉸座，每個(gè)虎克鉸座與一個(gè)伺服電機(jī)總成相對(duì)應(yīng)，每個(gè)虎克鉸座通過一條鋼帶與對(duì)應(yīng)的一個(gè)伺服電機(jī)總成連接，所述鋼帶的首端與所述卷軸固接，所述鋼帶的末端與所述的虎克鉸座鉸接；所述的虎克鉸座包括第一鉸座和位于所述第一鉸座下方的第二鉸座，所述的第一鉸座上有第一鉸軸，所述的第二鉸座上有第二鉸軸，所述的第一鉸軸和第二鉸軸相互垂直，所述鋼帶的末端橫向鉸接在所述的第一鉸軸上，所述的第一鉸座橫向鉸接在所述的第二鉸軸上，所述的第二鉸座與所述的動(dòng)平臺(tái)固接。
2.如權(quán)利要求1所述的三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述以三個(gè)伺服電機(jī)為三個(gè)頂點(diǎn)的三角形為等邊三角形。
3.如權(quán)利要求2所述的三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述鋼帶的末端有鉸塊，所述的鉸塊鉸接在所述的第一鉸軸上。
4.如權(quán)利要求3所述的三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述鋼帶的末端呈圓弧狀。
5.如權(quán)利要求4所述的三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的卷軸和所述伺服電機(jī)的輸出軸通過傳動(dòng)帶連接。
全文摘要
一種三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括底座和動(dòng)平臺(tái)，所述的底座上鉸接有三個(gè)伺服電機(jī)總成，所述的三個(gè)伺服電機(jī)總成分別位于一個(gè)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，每個(gè)伺服電機(jī)總成包括伺服電機(jī)和安裝在伺服電機(jī)的機(jī)座上的卷軸，所述的卷軸與所述伺服電機(jī)的輸出軸平行，該卷軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述伺服電機(jī)的輸出軸連接，所述的動(dòng)平臺(tái)上還固接有三個(gè)虎克鉸座，每個(gè)虎克鉸座通過一條鋼帶與一個(gè)伺服電機(jī)總成連接，所述鋼帶的首端與所述卷軸固接，所述鋼帶的末端與所述的虎克鉸座鉸接。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提供的三自由度鋼帶并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間大，工程應(yīng)用簡(jiǎn)單，控制方式簡(jiǎn)單，提高了運(yùn)動(dòng)精度。
文檔編號(hào)B25J9/00GK1814417SQ20061004964
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者計(jì)時(shí)鳴, 艾青林, 金明生, 張利, 袁巧玲, 王忠飛, 楊光 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)