[發(fā)明專利]一種三轉動球形并聯機構

有效

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• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103639712A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 吳偉峰;李秦川;陳巧紅;武傳宇
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B23Q1/48
• 分類號: B23Q1/48;B25J9/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 王洪新

技術領域

本發(fā)明涉及一種機床和工業(yè)機器人的執(zhí)行機構，尤其是球形工作環(huán)境下，具有三轉動并聯結構的數控機床執(zhí)行機構或具有三轉動并聯結構的機器人執(zhí)行機構。

背景技術

并聯機構是由多個并行支鏈構成的閉環(huán)運動系統，即由多個并行支鏈的一端同時與一個末端執(zhí)行器（動平臺）相連構成。從Steward機構在輪胎測試及飛行模擬器上的成功應用開始，并聯機構一直成為諸多學者研究的對象。并聯機構（PM）相比與傳統的串聯機構，具有更大的剛度、負載和更高的精度。從一定意義上來說，并聯機構同時具備了數控機床（高剛度、高精度、高速度）和工業(yè)機器人（低成本、靈活、易于集成）的優(yōu)點。

少自由度并聯機構，作為并聯機構的一大類，由于適應性強，被用于許多特殊的工作環(huán)境中；其中的三轉動并聯機構由于其特殊的運動性能而被廣泛運用于機器人的腰、肩、腕等關節(jié)，同時在衛(wèi)星天線、攝像定位、醫(yī)療器械等方面也有諸多運用。

CN102259269A提出了一種三轉動球面并聯機構，具有結構簡單、工作空間大、便于制造的優(yōu)點；CN101590650A提出了一種解耦的三轉動自由度并聯機構，具有機構簡單、轉動慣量小、運動響應快的優(yōu)點。CN101244558A提出了一種空間三轉動自由度并聯機構，易于實現高速運動，具有良好的動態(tài)特性。上述機構均有各自的特點，但是對于要實現在球形工作環(huán)境下的應用，部分機構由于過多的運動副而使剛度下降，另一部分機構則外形無法保證；所以尋求一個既具有高剛度、動態(tài)響應快，又滿足工作環(huán)境要求的三轉動球形并聯機構是本發(fā)明設計的重點。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是克服上述背景技術的不足，提出一種在球形工作環(huán)境下，具有剛度高、運動響應快、轉動慣量小、結構簡單、便于安裝特點的三轉球形并聯機構。

本發(fā)明采用的技術方案是：

一種三轉動球形并聯機構，包括圓形機架、圓形動平臺以及連接機架和動平臺的三個分支，其特征在于：所述三個分支均依次包括轉動副、弧形連桿、移動副、導桿以及球鉸。

所述三個分支的轉動副均勻分布于圓形機架上且三個轉動副軸線共面，各轉動副軸線還經過圓形機架的圓心且與移動副軸線形成45°角；所述移動副的軸線經過球鉸的球心且指向圓形機架的圓心。

所述機構的驅動副為各分支上的轉動副，驅動方式由伺服電機通過諧波減速器驅動。

所述弧形連桿的半徑與圓形機架的半徑相等。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用弧形連桿均布方式且機構呈半球形，能夠在球形工作環(huán)境下運行；機架到動平臺之間的運動副少，使機構具有良好的剛度；且具有運動響應快、轉動慣量小、結構簡單、便于安裝等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖所示的實施例進一步說明。

如圖1所示，一種三轉動球形并聯機構，包括機架1、動平臺4以及連接機架1和動平臺4的三個分支。

所述三個分支，每個分支均依次由轉動副1R、弧形連桿12、移動副1P、導桿13、球鉸1S、圓形動平臺4組成（所述三個分支結構相同）。

每個分支中的弧形連桿12的半徑與圓形機架1的半徑相等，轉動副1R軸線與移動副1P軸線成45°角，移動副1P軸線過球鉸1S球心且指向圓形支架的圓心O（兩兩球鉸的球心之間的弧長或距離均相同）。

所述三個分支均勻分布在圓形機架上，每個分支中的轉動副軸線始終過機架圓心O（兩兩相鄰的轉動副軸線構成120度夾角）。所述機構驅動副為各分支上的轉動副，驅動方式由伺服電機通過諧波減速器驅動，當驅動副轉動時，機構作三自由度轉動。