[發明專利]單自由度變胞機構

有效

• 申請號: 201310277177.1
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103302659A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 郭為忠;郭令;高峰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種機器人技術領域的裝置，具體是一種單自由度變胞機構。

背景技術

并聯機構為動平臺和靜平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯方式驅動的一種閉環機構。和串聯機器人相比較，并聯機器人具有以下優點：（1）無累積誤差，精度較高；（2）驅動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態響應好；（3）結構緊湊，剛度高，承載能力大；

根據這些特點，并聯機器人在需要高剛度、高精度或者大載荷而無須很大工作空間的領域內得到了廣泛應用，而少自由度并聯機構相對于6自由度并聯機構來說，又具有結構簡單、造價低、運動學求解相對簡單、輸入少且控制較易實現等特點。因此少自由度并聯機構在工業機器人、虛軸數控機床、飛機運動模擬器以及醫用機器人等領域具有廣泛的應用前景。

目前大多數并聯機構所具有的自由度數或者其末端動平臺所具有的運動特征是恒定不變的，然而在某些特殊場合，需要并聯機構末端動平臺的自由度數發生改變以減少輸入的個數，或者需要末端的運動特征發生改變以滿足特定的輸出要求。

因此，設計結構簡單，能實現動平臺純轉動輸出、運動解耦性好且末端自由度數或者運動特征可調節的并聯機構是實際工程應用的迫切需要。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN202292114，公開日2012-07-04，記載了一種具有兩條垂直交錯轉軸的三自由度并聯機構，包括動平臺、機架及三個分支；其特征在于第一分支和第二分支串接有萬向鉸、移動副、連桿和轉動副；第三分支串接有轉動副、移動副、連桿和萬向鉸；第一分支和第二分支的萬向鉸的外部轉軸軸線共線且平行于第三分支的轉動副軸線；第一分支的萬向鉸的內部轉軸軸線、轉動副軸線與第二分支的萬向鉸的內部轉軸軸線、轉動副軸線相互平行且垂直于第一分支和第二分支的萬向鉸的外部轉軸軸線；第三分支中，萬向鉸第一根轉軸軸線平行于轉動副軸線；萬向鉸第二根轉軸軸線平行于第一分支和第二分支的轉動副軸線。但該技術不能實現動平臺輸出自由度數以及運動特征的調節，在任一非奇異的條件下，動平臺都具有兩轉一移的三個自由度，因此需要3個獨立的輸入。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種單自由度變胞機構，動平臺的輸出運動特征可以調節，從而使得機構的所需的獨立輸入量減少，即可以減少驅動裝置的數量。本發明可以實現末端一維轉動特征的改變，即在某一條件下末端具有繞某一方向軸線轉動的能力，在另外一條件下末端具有繞另一方向軸線轉動的能力。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明涉及一種單自由度變胞機構，包括：動平臺、三個靜平臺和分別連接兩種平臺的三個支路，其中：

第一支路和第二支路的結構相同，分別包括：依次由連桿相連的第一單自由度運動副、第二單自由度運動副和萬向副，其中：第一單自由度運動副與第一靜平臺或第二靜平臺相連，第一萬向副或第二萬向副與動平臺相連；

第三支路包括：由連桿相連的第一球鉸副和第二球鉸副，其中：第一球鉸副與第三靜平臺相連，第二球鉸副與動平臺相連。

所述的萬向副有兩個相互垂直的轉動軸線，其中第一根轉軸為固定在動平臺上的轉動軸線，第二根轉軸為與第一根轉軸相垂直的轉動軸線。

在本發明的一種優選方案中：所述的第一支路的第一單自由度運動副為連接于第一靜平臺上的第一移動副，第二單自由度運動副為轉軸與第一萬向副的第二根轉軸相平行的第一轉動副，其中：第一移動副與第一轉動副的轉軸垂直；

第二支路的第一單自由度運動副為連接于第二靜平臺上的第二移動副，第二單自由度運動副為轉軸與第二萬向副的第二根轉軸相平行的第二轉動副，其中：第二移動副與第二轉動副的轉軸垂直，第二轉動副的轉軸與第一轉動副的轉軸垂直；

第一支路的第一移動副、第二支路的第二移動副為主動移動副；主動移動副的驅動裝置是電機絲桿機構或液壓機構。

在本發明的第二種優選方案中：所述的第一支路的第一單自由度運動副為轉軸與第一萬向副的第二根轉軸相平行的第一轉動副，第二單自由度運動副為與第一轉動副的轉軸垂直的第一移動副；

第二支路的第一單自由度運動副為轉軸與第二萬向副的第二根轉軸相平行的第二轉動副，第二單自由度運動副為與第二轉動副的轉軸垂直的第二移動副，其中：第二轉動副的轉軸與第一轉動副的轉軸垂直。

所述的第一支路的第一移動副或第一轉動副、第二支路的第二移動副或第二轉動副為主動移動副或主動轉動副；主動移動副的驅動是電機絲桿機構或液壓機構，主動轉動副的驅動是伺服電機。