[發(fā)明專利]一種含繩驅(qū)動關(guān)節(jié)的三支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410700723.2
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN104476566A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李彬;李楊民;趙新華;葛為民;楊玉維
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)、醫(yī)療器械、定位裝置等領(lǐng)域，尤其是一種含繩驅(qū)動關(guān)節(jié)的三支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一組由兩個或兩個以上的分支機(jī)構(gòu)并聯(lián)而成的機(jī)構(gòu)。它的特點(diǎn)是所有分支機(jī)構(gòu)可同時接受驅(qū)動器輸入，而最終共同給出輸出，在機(jī)構(gòu)學(xué)上屬于多路閉環(huán)機(jī)械系統(tǒng)。以并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為傳動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人操作機(jī)以及由此組成的制造單元統(tǒng)稱為并聯(lián)構(gòu)型裝備，是近年來發(fā)展起來的一種有著廣闊應(yīng)用前景的新型制造裝備。并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于大型模擬設(shè)備、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、傳感器、微操作器、雕刻機(jī)和測量機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域。Stewart平臺是一種典型的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有6個自由度，首次用于并聯(lián)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床被認(rèn)為是二十世紀(jì)以來機(jī)床結(jié)構(gòu)的一次革命，在這以后發(fā)明了多種6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

目前已有的6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動方式主要有兩種形式：一是由電動機(jī)驅(qū)動方式，即由電機(jī)-絲桿-螺母等部件組合在一起形成直線滑移運(yùn)動，并通過滑移運(yùn)動驅(qū)動運(yùn)動平臺到達(dá)預(yù)期的位置和姿態(tài)；另一種方式是采用流體傳動方式，即利用液壓缸或者氣缸的伸縮來驅(qū)動運(yùn)動平臺進(jìn)行運(yùn)動。就目前的應(yīng)用實(shí)踐來看，這兩種驅(qū)動方式各有利弊。利用電機(jī)驅(qū)動具有響應(yīng)速度快，傳動效率高，運(yùn)動精度高，易于控制等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在成本高、環(huán)境適應(yīng)性差、剛性差、負(fù)載能力不高等不足；而對于液壓缸驅(qū)動方式而言，具有承載能力大、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)動平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著維護(hù)成本高、易泄露、運(yùn)動精度差等缺點(diǎn)。

在工程應(yīng)用中，有些特定的場合例如醫(yī)療手術(shù)輔助器械、危險(xiǎn)品搬運(yùn)等等，往往需要一些兼顧上述兩種驅(qū)動方式優(yōu)點(diǎn)的一種驅(qū)動方式，而目前尚沒有相關(guān)的專利。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種含繩驅(qū)動關(guān)節(jié)的三支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過利用繩驅(qū)動直線關(guān)節(jié)，使得機(jī)構(gòu)具有響應(yīng)速度快、傳動效率高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)動平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種含繩驅(qū)動關(guān)節(jié)的三支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由固定平臺、運(yùn)動平臺和聯(lián)接上述兩平臺的三條結(jié)構(gòu)形式完全相同的運(yùn)動支鏈組成；其中每條運(yùn)動支鏈由固定平臺到運(yùn)動平臺均由驅(qū)動電機(jī)和減速機(jī)裝置、繩輪、驅(qū)動繩、繩驅(qū)動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、繩驅(qū)動直線關(guān)節(jié)和球鉸鏈組成；

所述的驅(qū)動電機(jī)和減速機(jī)裝置有兩套，分別安裝在與固定平臺固聯(lián)的電機(jī)座上，并分別用于驅(qū)動繩驅(qū)動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和繩驅(qū)動直線關(guān)節(jié)；運(yùn)動支鏈中的繩驅(qū)動直線關(guān)節(jié)的上端通過球鉸鏈與運(yùn)動平臺相連，繩驅(qū)動直線關(guān)節(jié)的下端通過繩驅(qū)動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)與固定平臺相連。

所述的繩驅(qū)動直線關(guān)節(jié)包括套裝在一起并可伸縮的空心外套和伸縮內(nèi)桿，伸縮內(nèi)桿的下端經(jīng)過空心外套底部的介輪與第一驅(qū)動繩連接，第二驅(qū)動繩由空心外套上端的介輪折返向下并與伸縮內(nèi)桿的下端連接，兩根驅(qū)動繩的另一端均與驅(qū)動電機(jī)和減速機(jī)裝置輸出軸上的繩輪固定并反向纏繞。

所述的繩驅(qū)動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)包括與繩驅(qū)動直線關(guān)節(jié)下端固定的轉(zhuǎn)動輪，該轉(zhuǎn)動輪通過鉸軸安裝在固定平臺上，轉(zhuǎn)動輪與驅(qū)動電機(jī)和減速機(jī)裝置輸出軸上的繩輪之間通過兩根反向纏繞的驅(qū)動繩驅(qū)動。

當(dāng)同時驅(qū)動所有三條運(yùn)動支鏈的六個電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)時，運(yùn)動支鏈會產(chǎn)生伸長或者縮短以及正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)運(yùn)功，從而帶動運(yùn)動平臺達(dá)到不同的位置，實(shí)現(xiàn)不同的姿態(tài)。

而且，所述的繩驅(qū)動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)當(dāng)電機(jī)和減速機(jī)帶動繩輪轉(zhuǎn)時會拽動第三驅(qū)動繩并同時松放第四驅(qū)動繩，從而實(shí)現(xiàn)繩驅(qū)動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動；相類似，當(dāng)電機(jī)和減速機(jī)帶動繩輪反向旋轉(zhuǎn)時會拽動第四驅(qū)動繩并同時松放第三驅(qū)動繩，從而實(shí)現(xiàn)繩驅(qū)動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的反向轉(zhuǎn)動。

而且，所述的繩驅(qū)動直線關(guān)節(jié)當(dāng)電機(jī)和減速機(jī)帶動繩輪旋轉(zhuǎn)時會拽動第一驅(qū)動繩并同時松放第二驅(qū)動繩時，從而實(shí)現(xiàn)繩驅(qū)動直線關(guān)節(jié)的伸長；相類似，當(dāng)電機(jī)和減速機(jī)帶動繩輪反向旋轉(zhuǎn)時會拽動第二驅(qū)動繩并同時松放第一驅(qū)動繩，從而實(shí)現(xiàn)繩驅(qū)動直線關(guān)節(jié)的縮短。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、利用繩驅(qū)動關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)了三支鏈并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有六自由度運(yùn)動輸出，這對于克服通常的六支鏈六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的不足提出了有效的解決方案。

2、機(jī)構(gòu)的所有驅(qū)動電機(jī)完全放置于固定平臺之上，大大減少了機(jī)構(gòu)整體的運(yùn)動慣性，從而可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的高速運(yùn)動、提高機(jī)構(gòu)的運(yùn)動靈活性。

3、由于采用繩驅(qū)動方式，使得機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)和機(jī)構(gòu)本身之間具有較大的布局空間，非常適用于對電氣裝置非常不利的環(huán)境，如水下環(huán)境的操作等。

4、由于采用了繩驅(qū)動關(guān)節(jié)，使得機(jī)構(gòu)的各支鏈在運(yùn)動過程中大大減少了震顫的出現(xiàn)，因此在手術(shù)輔助器械、危險(xiǎn)品搬運(yùn)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明