[發(fā)明專利]不含冗余約束的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810060358.8
• 申請(qǐng)日: 2008-04-08
• 公開（公告）號(hào): CN101259618A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李秦川;武傳宇;陳巧紅;胡旭東;胡挺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J19/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)，特別是涉及一種不含冗余約束的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

機(jī)構(gòu)自由度數(shù)少于6的少自由度并聯(lián)機(jī)器人是目前國(guó)際并聯(lián)機(jī)器人學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中有相當(dāng)數(shù)量的操作任務(wù)所要求的自由度數(shù)少于6，此時(shí)應(yīng)用合適的少自由度并聯(lián)機(jī)器人，可以有效節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、控制和維護(hù)方面的成本。

三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)是少自由度并聯(lián)機(jī)器人中非常重要的一類，其動(dòng)平臺(tái)可以完成空間的3個(gè)移動(dòng)自由度，在定位、抓放等操作任務(wù)中應(yīng)用廣泛。目前應(yīng)用最廣泛、最成功的移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)當(dāng)屬Clavel發(fā)明的Delta機(jī)器人(US4976582)。

從約束的角度看，三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)可分為兩類：過(guò)約束移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和非過(guò)約束移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。前者單個(gè)分支運(yùn)動(dòng)鏈對(duì)動(dòng)平臺(tái)施加兩個(gè)及兩個(gè)以上的約束，并聯(lián)機(jī)構(gòu)中單個(gè)分支運(yùn)動(dòng)鏈的自由度數(shù)為4或3，即含有4個(gè)或3個(gè)單自由度的運(yùn)動(dòng)副；后者單個(gè)分支運(yùn)動(dòng)鏈對(duì)動(dòng)平臺(tái)只施加一個(gè)約束。含有5個(gè)單自由度運(yùn)動(dòng)副。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已提出了眾多的過(guò)約束移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，例如Delta機(jī)器人(US4976582)、Y-Star和Prism機(jī)器人(J.M.Hervé，Design?of?parallel?manipulators?viathe?displacement?group，Proceedings?of?Ninth?World?Congress?on?the?Theory?ofMachines?and?Mechanisms，Italy，1995)、3-RRRH移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)(黃真、孔令富、方躍法，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論及控制，機(jī)械工業(yè)出版社，1998)、Orghoglide并聯(lián)機(jī)構(gòu)(P.Wenger?and?D.Chablat.“Kinematic?analysis?of?a?new?parallelmachine-tool：the?Orthoglide，”Advances?in?Robot?Kinematics，2000，pp.305-314.)、3-RPC并聯(lián)機(jī)構(gòu)等(ZL?01104454.3)。

一般來(lái)說(shuō)，過(guò)約束機(jī)構(gòu)通常需遵循嚴(yán)格的幾何約束條件，如果幾何約束條件失效，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)將失控、因此對(duì)于制造和裝配精度要求很高，相應(yīng)地增加了成本。因此，不含過(guò)約束的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明目的在于提供一種不含冗余約束的三自由度移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：

該機(jī)構(gòu)由動(dòng)平臺(tái)、機(jī)架、以及連接動(dòng)平臺(tái)與機(jī)架的三條結(jié)構(gòu)相同的分支構(gòu)成。所述的單個(gè)分支中從定平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)依次為移動(dòng)副，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副和第四轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述移動(dòng)副與機(jī)架連接，所述移動(dòng)副的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、以及與動(dòng)平臺(tái)連接的第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行；在分支的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副中，設(shè)置其中任何一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與移動(dòng)副軸線平行，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線為在空間不與移動(dòng)副軸線平行的任意方向，所述的三個(gè)分支中的三個(gè)移動(dòng)副軸線相互垂直，構(gòu)成正交布置。

所述的分支運(yùn)動(dòng)鏈中，可設(shè)置第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直，根據(jù)機(jī)構(gòu)學(xué)中運(yùn)動(dòng)副等效原理，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副和第一轉(zhuǎn)動(dòng)副之間的連桿長(zhǎng)度可以為零，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成一個(gè)萬(wàn)向鉸。

所述的分支運(yùn)動(dòng)鏈中，可設(shè)置第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直，根據(jù)機(jī)構(gòu)學(xué)中運(yùn)動(dòng)副等效原理，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副之間的連桿長(zhǎng)度可以為零，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成一個(gè)萬(wàn)向鉸。

本發(fā)明具有的有益效果是：

本發(fā)明機(jī)構(gòu)不含過(guò)約束的三自由度解耦移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中運(yùn)動(dòng)副全部為單自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，并且三個(gè)移動(dòng)自由度完全解耦，即每個(gè)移動(dòng)副單獨(dú)控制一個(gè)方向的移動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、剛度高，制造成本低，易于控制等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床等場(chǎng)合。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例4的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

圖中：1、動(dòng)平臺(tái)，2、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副，3、連桿，4、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副，5、連桿，6、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，7、連桿，8、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副，9、連桿，10、移動(dòng)副，11、定平臺(tái)，12、萬(wàn)向鉸，13、萬(wàn)向鉸12中轉(zhuǎn)動(dòng)軸，14、萬(wàn)向鉸12中轉(zhuǎn)動(dòng)軸，15、萬(wàn)向鉸，16、萬(wàn)向鉸15中轉(zhuǎn)動(dòng)軸，17、萬(wàn)向鉸15中轉(zhuǎn)動(dòng)軸

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：