專利名稱：一種含有近架平行四邊形-遠(yuǎn)架并列桿的三平動自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種含有近架平行四邊形-遠(yuǎn)架并列桿的三平動自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含有近架平行四邊形-遠(yuǎn)架并列桿的三平動自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
[0002]美國專利US4976572公開了一種空間對稱三平動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括三條主動支鏈，每條支鏈包括主動臂和從動臂兩部分。此類機(jī)構(gòu)支鏈的形式分為兩種，一種為主動臂和從動臂均為單桿形式，從動臂的兩端通過虎克鉸分別與主動臂和動平臺連接；一種為主動臂為單桿，而從動臂為雙桿，雙桿從動臂構(gòu)成平行四邊形，每根桿兩端通過球鉸鏈分別與主動臂和動平臺連接，其中主動臂一端相對于靜平臺僅具有一個移動或轉(zhuǎn)動自由度，另一端通過球鉸與從動臂的一端連接，從而限制動平臺相對于固定機(jī)架的三個回轉(zhuǎn)自由度。此類機(jī)構(gòu)的鉸鏈不存在標(biāo)準(zhǔn)件，制造周期長，安裝復(fù)雜。中國專利200510015750公開了一種含有一種含鋼絲平行四邊形支鏈結(jié)構(gòu)的空間三平動并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由固定架、動平臺以及分別軸對稱均布設(shè)置在所述的固定架與動平臺之間的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈構(gòu)成；所述的支鏈，由固定設(shè)置在所述固定架上的驅(qū)動裝置、一端連接所述驅(qū)動裝置的輸出端另一端與連接塊固接的近架桿、以及一端與所述的連接塊球鉸接另一端與所述的動平臺球鉸接的遠(yuǎn)架桿構(gòu)成，所述遠(yuǎn)架桿的兩側(cè)對稱設(shè)置有與之平行的兩根鋼絲，所述鋼絲的兩端分別與所述的連接塊和動平臺球鉸接。此類機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)在于由于鋼絲是柔性單元當(dāng)松緊程度不同時其長度亦變化，從而造成動平臺姿態(tài)發(fā)生變化，使得動平臺姿態(tài)精度難以保證。發(fā)明內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型的目的正是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種制造周期短，安裝方便，動平臺姿態(tài)精度高，整體剛度大的，含有近架平行四邊形-遠(yuǎn)架并列桿的三平動自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)。[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思是:由結(jié)構(gòu)完全相同的三條均布的支鏈保證機(jī)器人機(jī)構(gòu)位姿的精確性，由支鏈中的近架平行四邊形及遠(yuǎn)架并列桿的結(jié)構(gòu)形式保證整體具有較大的剛度。[0005]本實(shí)用新型所提供一種含有近架平行四邊形-遠(yuǎn)架并列桿的三平動自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、動平臺、三條結(jié)構(gòu)形式相同的支鏈，所述的三條支鏈共同連接所述的機(jī)架和動平臺；所述的三條結(jié)構(gòu) 形式相同的支鏈之一由主動臂、副主動臂、雙襯架關(guān)節(jié)、第一虎克球鉸、遠(yuǎn)架并列桿、第二虎克球鉸組成；所述的雙襯架關(guān)節(jié)包括第一襯架、第二襯架、回轉(zhuǎn)中心軸,所述的第一襯架、第二襯架分別和回轉(zhuǎn)中心軸鉸接；所述的雙襯架關(guān)節(jié)連接所述的主動臂、副主動臂和第一虎克球鉸；所述的主動臂一端通過平面回轉(zhuǎn)副和雙襯架關(guān)節(jié)連接，另一端與固連于所述機(jī)架的驅(qū)動裝置的輸出軸鍵連接；所述的副主動臂一端通過球鉸和雙襯架關(guān)節(jié)連接，另一端通過球鉸和機(jī)架連接；所述的主動臂、副主動臂、雙襯架關(guān)節(jié)通過運(yùn)動副的連接，形成近架平行四邊形結(jié)構(gòu)；所述的虎克球鉸由中心十字軸、第一平面回轉(zhuǎn)副、第二平面回轉(zhuǎn)副、第一球鉸鏈、第二球鉸鏈組成；所述的遠(yuǎn)架并列桿由兩根長度相等的從動臂組成；所述的遠(yuǎn)架并列桿一端和所述的第一虎克球鉸固接，另一端和所述的第二虎克球鉸固接；所述的第一虎克球鉸和雙襯架關(guān)節(jié)通過平面轉(zhuǎn)動副連接；所述的第二虎克球鉸和所述的動平臺通過平面轉(zhuǎn)動副連接；所述的三條支鏈均勻布置，且均有固定于所述機(jī)架上的驅(qū)動裝置與主動臂連接。[0006]所述驅(qū)動裝置采用伺服電機(jī)一減速器結(jié)構(gòu)。[0007]本實(shí)用新型由近架平行四邊形及遠(yuǎn)架并列桿構(gòu)成的空間均布三支鏈的共同約束作用，限制了動平臺的三個回轉(zhuǎn)自由度，使動平臺相對機(jī)架僅具有三個平動自由度，保證了機(jī)器人機(jī)構(gòu)姿態(tài) 穩(wěn)定。三組驅(qū)動裝置提供的運(yùn)動驅(qū)動，使得該三平動自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動，保證了該機(jī)構(gòu)位置精確。該機(jī)器人機(jī)構(gòu)單支鏈剛度高，進(jìn)一步地，三支鏈并聯(lián)結(jié)構(gòu)保證了機(jī)構(gòu)整體具有較大的剛度。[0008]本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn):[0009]1、采用近架平行四邊形及遠(yuǎn)架并列桿的結(jié)構(gòu)形式作為限制轉(zhuǎn)動自由度的約束；[0010]2、虎克球鉸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得中心漂移微小，角度活動范圍大，配合雙襯架關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，保證機(jī)器人機(jī)構(gòu)具有較大的工作空間；[0011]3、該機(jī)器人機(jī)構(gòu)位姿精確，剛度大；[0012]4、虎克球鉸的結(jié)構(gòu)形式及與遠(yuǎn)架并列桿的連接方式，可保證該機(jī)器人機(jī)構(gòu)兩從動臂受力均勻，減小了運(yùn)動副的磨損，從而可提高機(jī)構(gòu)的壽命；[0013]5、采用通用標(biāo)準(zhǔn)件球鉸構(gòu)成的虎克球鉸，可完全實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)虎克鉸的功能，另外，機(jī)構(gòu)多處采用標(biāo)準(zhǔn)件球鉸，便于縮短制造周期及使用失效后的零部件快速更換。[0014]本實(shí)用新型采用近架平行四邊形及遠(yuǎn)架并列桿的支鏈結(jié)構(gòu)限制動平臺的轉(zhuǎn)動自由度，且近架平行四邊形及遠(yuǎn)架并列桿的結(jié)構(gòu)形式保證整體具有較大的剛度。該機(jī)構(gòu)的有益效果是:有效避免了由于鋼絲彈性引起的姿態(tài)誤差，并且制作簡單、安裝調(diào)試方便，機(jī)構(gòu)制造成本較低。[0015]
:[0016]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；[0017]圖2是本實(shí)用新型的相同結(jié)構(gòu)形式的支鏈之一結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖3是圖2的I部放大圖；[0019]圖4是圖2的II部放大圖；[0020]圖5是雙襯架關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)不意圖；[0021]圖6是虎克球鉸的結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖7是虎克球鉸與動平臺的連接示意圖。[0023]圖中:1:機(jī)架，2:主動臂，3:副主動臂，4:雙襯架關(guān)節(jié)，5:從動臂，6:動平臺，7:驅(qū)動裝置，8:第一虎克球鉸，9:第二虎克球鉸，4-1:第一襯架，4-2:第二襯架，4-3:主動臂回轉(zhuǎn)中心軸，4-4:從動臂回轉(zhuǎn)中心軸，8-1:中心十字軸，8-2:第一平面回轉(zhuǎn)副，8-3:第二平面回轉(zhuǎn)副，8-4:第一球鉸鏈，8-5:第二球鉸鏈。[0024]具體實(shí)施方式
:[0025]
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:[0026]如圖1-圖7所示，一種含有近架平行四邊形-遠(yuǎn)架并列桿的三平動自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包含機(jī)架1，動平臺6，均勻布置在機(jī)架I與動平臺6之間的三條結(jié)構(gòu)形式相同的支鏈連接機(jī)架I與動平臺6，所述的支鏈包含近架平行四邊形及遠(yuǎn)架并列桿組件結(jié)構(gòu)，可以限制動平臺6的三個轉(zhuǎn)動自由度。[0027]如圖1、圖2所示，所述的三條結(jié)構(gòu)形式相同的支鏈之一由主動臂2、副主動臂3、雙襯架關(guān)節(jié)4、第一虎克球鉸8、遠(yuǎn)架并列桿5、第二虎克球鉸9組成。[0028]如圖5所示，所述的雙襯架關(guān)節(jié)4，由第一襯架4-1、第二襯架4-2及主動臂回轉(zhuǎn)中心軸4-3、從動臂回轉(zhuǎn)中心軸4-4組成，所述的第一襯架4-1、第二襯架4-2分別和主動臂回轉(zhuǎn)中心軸4-3、從動臂回轉(zhuǎn)中心軸4-4鉸接。如圖3所示，所述的主動臂2 —端通過平面回轉(zhuǎn)副與所述的雙列襯架4的主動臂回轉(zhuǎn)中心軸4-3連接，其回轉(zhuǎn)中心是點(diǎn)B，另一端與所述機(jī)架I上的驅(qū)動裝置7的輸出軸鍵連接，其回轉(zhuǎn)中心是點(diǎn)A ;所述副主動臂3 —端通過球鉸鏈與所述的雙襯架關(guān)節(jié)4的副主動臂回轉(zhuǎn)中心軸4-4連接，其回轉(zhuǎn)中心是點(diǎn)C，另一端通過球鉸鏈與所述機(jī)架I連接，其回轉(zhuǎn)中心是點(diǎn)D ;結(jié)構(gòu)及設(shè)計上保證A、B的距離與C、D的距離相等，A、D的距離與B、C的距離相等，這樣，所述的主動臂2、副主動臂3、雙襯架關(guān)節(jié)4通過運(yùn)動副的連接，形成形式上的平行四邊形結(jié)構(gòu)，可使得機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中保持雙襯架關(guān)節(jié)4的姿態(tài)不變。[0029]第一虎克球鉸8與第二虎克球鉸9結(jié)構(gòu)完全相同，對于本發(fā)明，僅是由于其在支鏈中所處的位置的不同而命名不同。如圖6所示，所述的第一虎克球鉸8由中心十字軸8-1、第一平面回轉(zhuǎn)副8-2、第二平面回轉(zhuǎn)副8-3、第一球鉸鏈8-4、第二球鉸鏈8-5組成。所述的遠(yuǎn)架并列桿5由兩根長度相等的從動臂5組成。所述的第一虎克球鉸8、第二虎克球鉸9、遠(yuǎn)架并列桿5在支鏈中的連接方式為:如圖4、圖7所示，所述的遠(yuǎn)架并列桿5 —端和所述的第一虎克球鉸8固接，另一端和所述的第二虎克球鉸9固接；所述的第一虎克球鉸8和雙襯架關(guān)節(jié)4通過平面轉(zhuǎn)動副連接；所述的第二虎克球鉸9和所述的動平臺6通過平面轉(zhuǎn)動副連接。通過這種連接方式，虎克球鉸8、虎克球鉸9、遠(yuǎn)架并列桿5組合形成平行四邊形結(jié)構(gòu)，且使得虎克球鉸僅能夠繞十字軸軸線的兩個方向轉(zhuǎn)動。[0030]所述的三條支鏈均勻布置，且均由驅(qū)動裝置7與主動臂2連接。[0031]所述的驅(qū)動裝 置7與機(jī)架I固定連接，可使其輸出端為與其連接的動平臺6提供一個移動或轉(zhuǎn)動自由度；驅(qū)動裝置7采用了伺服電機(jī)一減速器的結(jié)構(gòu)形式，為與其連接的主動臂2提供一個轉(zhuǎn)動自由度，為了達(dá)到同樣目的，還可以采用扭矩電機(jī)驅(qū)動，為與其連接的主動臂2提供一個轉(zhuǎn)動自由度。在某種應(yīng)用狀況下，也可以采用直線電機(jī)的驅(qū)動方式，為與其連接的主動臂2提供一個移動自由度。當(dāng)然，在具體實(shí)施時，采用其它任意一種可實(shí)現(xiàn)相同運(yùn)動功能的結(jié)構(gòu)形式作為驅(qū)動方式都是可以的。
權(quán)利要求1.一種含有近架平行四邊形-遠(yuǎn)架并列桿的三平動自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于該機(jī)器人機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、動平臺、三條結(jié)構(gòu)形式相同的支鏈，所述的三條支鏈共同連接所述的機(jī)架和動平臺；所述的三條結(jié)構(gòu)形式相同的支鏈之一由主動臂、副主動臂、雙襯架關(guān)節(jié)、第一虎克球鉸、遠(yuǎn)架并列桿、第二虎克球鉸組成；所述的雙襯架關(guān)節(jié)包括第一襯架、第二襯架、回轉(zhuǎn)中心軸，所述的第一襯架、第二襯架分別和回轉(zhuǎn)中心軸鉸接；所述的雙襯架關(guān)節(jié)連接所述的主動臂、副主動臂和第一虎克球鉸；所述的主動臂一端通過平面回轉(zhuǎn)副和雙襯架關(guān)節(jié)連接，另一端與固連于所述機(jī)架的驅(qū)動裝置的輸出軸鍵連接；所述的副主動臂一端通過球鉸和雙襯架關(guān)節(jié)連接，另一端通過球鉸和機(jī)架連接；所述的主動臂、副主動臂、雙襯架關(guān)節(jié)通過運(yùn)動副的連接，形成近架平行四邊形結(jié)構(gòu)；所述的虎克球鉸由中心十字軸、第一平面回轉(zhuǎn)副、第二平面回轉(zhuǎn)副、第一球鉸鏈、第二球鉸鏈組成；所述的遠(yuǎn)架并列桿由兩根長度相等的從動臂組成；所述的遠(yuǎn)架并列桿一端和所述的第一虎克球鉸固接，另一端和所述的第二虎克球鉸固接；所述的第一虎克球鉸和雙襯架關(guān)節(jié)通過平面轉(zhuǎn)動副連接；所述的第二虎克球鉸和所述的動平臺通過平面轉(zhuǎn)動副連接；所述的三條支鏈均勻布置，且均有固定于所述機(jī)架上的驅(qū)動裝置與主動臂連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有近架平行四邊形-遠(yuǎn)架并列桿的三平動自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:所·述的驅(qū)動裝置采用伺服電機(jī)一減速器結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種含有近架平行四邊形-遠(yuǎn)架并列桿的三平動自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。該機(jī)器人機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、動平臺、三條結(jié)構(gòu)形式相同的支鏈，三條支鏈共同連接機(jī)架和動平臺，支鏈由主動臂、副主動臂、雙襯架關(guān)節(jié)、第一虎克球鉸、遠(yuǎn)架并列桿、第二虎克球鉸組成，三條支鏈均勻布置，且均有固定于所述機(jī)架上的驅(qū)動裝置與主動臂連接。本實(shí)用新型采用近架平行四邊形及遠(yuǎn)架并列桿的支鏈結(jié)構(gòu)限制動平臺的轉(zhuǎn)動自由度，且近架平行四邊形及遠(yuǎn)架并列桿的結(jié)構(gòu)形式保證整體具有較大的剛度，有效避免了由于鋼絲彈性引起的姿態(tài)誤差，并且制作簡單、安裝調(diào)試方便，機(jī)構(gòu)制造成本較低。
文檔編號B25J9/00GK203092550SQ20132011372
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者張良安, 王鵬, 解安東, 單家正, 萬俊 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)