不含冗余約束的三自由度移動并聯機構制造技術

本發明專利技術公開了一種不含冗余約束的三自由度移動并聯機構。該機構由動平臺、機架、以及連接動平臺與機架的三條結構相同的分支構成。所述的單個分支中從定平臺到動平臺依次為移動副，第一轉動副、第二轉動副、第三轉動副和第四轉動副，所述移動副與機架連接，所述移動副的軸線與第一轉動副、以及與動平臺連接的第四轉動副軸線相互平行；在分支的第二轉動副和第三轉動副中，可設置其中任何一個轉動副的軸線與移動副軸線平行，另一個轉動副的軸線可為在空間不與移動副軸線平行的任意方向，所述的三個分支中的三個移動副軸線相互垂直，構成正交布置。本發明專利技術具有不含過約束、運動解耦、結構簡單、剛度大等優點?？蓱糜诓⒙摍C器人、并聯機床等場合。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及機器人技術，特別是涉及一種不含冗余約束的三自由度移動并 聯機構。
技術介紹
機構自由度數少于6的少自由度并聯機器人是目前國際并聯機器人學術界 和工業界關注的熱點。在實際應用中有相當數量的操作任務所要求的自由度數 少于6，此時應用合適的少自由度并聯機器人，可以有效節省系統設計、制造、 控制和維護方面的成本。三自由度移動并聯機構是少自由度并聯機器人中非常重要的一類，其動平 臺可以完成空間的3個移動自由度，在定位、抓放等操作任務中應用廣泛。目 前應用最廣泛、最成功的移動并聯機構當屬Clavel專利技術的Delta機器人 (US4976582)。從約束的角度看，三自由度移動并聯機構可分為兩類過約束移動并聯機 構和非過約束移動并聯機構。前者單個分支運動鏈對動平臺施加兩個及兩個以 上的約束，并聯機構中單個分支運動鏈的自由度數為4或3，即含有4個或3個 單自由度的運動副；后者單個分支運動鏈對動平臺只施加一個約束。含有5個 單自由度運動副。目前國內外學者已提出了眾多的過約束移動并聯機構，例如Delta機器人 (US4976582)、Y曙Star和Prism機器人(J.M.Herv6， Design of parallel manipulators via the displacement group, Proceedings of Ninth World Congress on the Theory of Machines and Mechanisms, Italy, 1995)、 3-RRRH移動并聯機構(黃真、孔令富、 方躍法，并聯機器人機構學理論及控制，機械工業出版社，1998)、 Orghoglide 并聯機構(P. )Venger and D. Chablat. "Kinematic analysis of a new parallel machine-tool: the Orthoglide," /Uva"ces 及060f AY"emaf/cs， 2000， pp. 305—314.)、 3-RPC并聯機構等(ZL 01104454.3)。一般來說，過約束機構通常需遵循嚴格的幾何約束條件，如果幾何約束條 件失效，機構的運動將失控、因此對于制造和裝配精度要求很高，相應地增加 了成本。因此，不含過約束的三自由度移動并聯機構逐漸成為研究的熱點。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供一種不含冗余約束的三自由度移動并聯機構。 本專利技術解決其技術問題采用的技術方案是-該機構由動平臺、機架、以及連接動平臺與機架的三條結構相同的分支構 成。所述的單個分支中從定平臺到動平臺依次為移動副，第一轉動副、第二轉 動副、第三轉動副和第四轉動副，所述移動副與機架連接，所述移動副的軸線 與第一轉動副、以及與動平臺連接的第四轉動副軸線相互平行；在分支的第二 轉動副和第三轉動副中，設置其中任何一個轉動副的軸線與移動副軸線平行， 另一個轉動副的軸線為在空間不與移動副軸線平行的任意方向，所述的三個分 支中的三個移動副軸線相互垂直，構成正交布置。所述的分支運動鏈中，可設置第三轉動副的軸線與第一轉動副的軸線平行， 第二轉動副的軸線與第一轉動副的軸線垂直，根據機構學中運動副等效原理， 第二轉動副和第一轉動副之間的連桿長度可以為零，第一轉動副和第二轉動副 構成一個萬向鉸。所述的分支運動鏈中，可設置第二轉動副的軸線與第一轉動副的軸線平行， 第三轉動副的軸線與第四轉動副的軸線垂直，根據機構學中運動副等效原理， 第三轉動副的軸線與第四轉動副之間的連桿長度可以為零，第三轉動副與第四 轉動副構成一個萬向鉸。本專利技術具有的有益效果是本專利技術機構不含過約束的三自由度解耦移動并聯機構，其中運動副全部為 單自由度的轉動副和移動副，并且三個移動自由度完全解耦，即每個移動副單 獨控制一個方向的移動，具有結構簡單可靠、剛度高，制造成本低，易于控制 等優點，可應用于并聯機器人、并聯機床等場合。 附圖說明圖1是本專利技術實施例1的并聯機構。圖2是本專利技術實施例2的并聯機構。圖3是本專利技術實施例3的并聯機構。圖4是本專利技術實施例4的并聯機構。圖中1、動平臺，2、第四轉動副，3、連桿，4、第三轉動副，5、連桿， 6、第二轉動副，7、連桿，8、第一轉動副，9、連桿，10、移動副，11、定平 臺，12、萬向鉸，13、萬向鉸12中轉動軸，14、萬向鉸12中轉動軸，15、萬 向鉸，16、萬向鉸15中轉動軸，17、萬向鉸15中轉動軸具體實施方式4實施例1:如圖1所示，動平臺1、定平臺11通過三個結構相同的分支連接，分支中 移動副10與定平臺11連接，連桿9與移動副10連接，第一轉動副8與連桿9 連接、且第一轉動副8的軸線與移動副10的軸線平行，連桿7與第一轉動副8 連接，第二轉動副6與連桿7連接、且第二轉動副6的軸線與移動副10的軸線 垂直，連桿5與第二轉動副6連接，第三轉動副4與連桿5連接，且第三轉動 副4的軸線平行于移動副10的軸線，連桿3與第三轉動副4連接，第四轉動副 2 —端與連桿3連接，另一端與動平臺1連接，且第四轉動副2的軸線平行于移 動副10的軸線。三個分支中的移動副IO軸線相互垂直，呈正交布置。動平臺 沿空間各個坐標軸方向的移動完全由平行于該坐標軸方向的移動副10的運動單 獨決定，例如欲使動平臺在x坐標軸方向移動距離/時，只需控制x方向的移動 副10移動距離/即可。實施例2:如圖2所示，動平臺1、定平臺11通過三個結構相同的分支連接，分支中 移動副IO與定平臺ll連接，連桿9與移動副10連接，第一轉動副8與連桿9 連接、且第一轉動副8的軸線與移動副10的軸線平行，連桿7與第一轉動副8 連接，第二轉動副6與連桿7連接、且第二轉動副6的軸線與移動副10的軸線 垂直，連桿5與第二轉動副6連接，第三轉動副4與連桿5連接，且第三轉動 副4的軸線垂直于移動副10的軸線，連桿3與第三轉動副4連接，第四轉動副 2 —端與連桿3連接，另一端與動平臺1連接，且第四轉動副2的軸線平行于移 動副IO的軸線。三個分支中的移動副IO軸線相互垂直，呈正交布置。動平臺 沿空間各個坐標軸方向的移動完全由平行于該坐標軸方向的移動副10的運動單 獨決定。實施例3:如圖3所示，動平臺1、定平臺11通過三個結構相同的分支連接，分支中 移動副10與定平臺11連接，連桿9與移動副10連接，第一轉動副8與連桿9 連接、且第一轉動副8的軸線與移動副10的軸線平行，連桿7與第一轉動副8 連接，第二轉動副6與連桿7連接、且第二轉動副6的軸線與移動副10的軸線 垂直，連桿5與第二轉動副6連接，萬向鉸12 —端與連桿5連接，萬向鉸12 中轉動軸13垂直于移動副10的軸線，萬向鉸12另一端與動平臺l連接，萬向 鉸12中轉動軸14平行于移動副10的軸線。三個分支中的移動副10軸線相互 垂直，呈正交布置。動平臺沿空間各個坐標軸方向的移動完全由平行于該坐標軸方向的移動副10的運動單獨決定。 實施例4:如圖4所示，動平臺1、定平臺11通過三個結構相同的分支連接，分支中 移動副10與定平臺11連接，連桿9與移動副10連接，萬向鉸15 —端與連桿9 連接、萬向鉸15中轉動軸16與移動副10的軸線平行，萬向鉸12另一端與連 桿5連接，萬向鉸15本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種不含冗余約束的三自由度移動并聯機構，由動平臺、機架、以及連接動平臺與機架的三條結構相同的分支構成，其特征在于：所述的單個分支中從定平臺到動平臺依次為移動副，第一轉動副、第二轉動副、第三轉動副和第四轉動副，所述移動副與機架連接，所述移動副的軸線與第一轉動副、以及與動平臺連接的第四轉動副軸線相互平行；在分支的第二轉動副和第三轉動副中，設置其中任何一個轉動副的軸線與移動副軸線平行，另一個轉動副的軸線為在空間不與移動副軸線平行的任意方向，所述的三個分支中的三個移動副軸線相互垂直，構成正交布置。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李秦川，武傳宇，陳巧紅，胡旭東，胡挺，
申請(專利權)人：浙江理工大學，
類型：發明
國別省市：86[中國|杭州]