一種含有近架平行四邊形-遠架並列杆的三平動自由度機器人機構的製作方法
2023-05-12 00:54:46
專利名稱：一種含有近架平行四邊形-遠架並列杆的三平動自由度機器人機構的製作方法
—種含有近架平行四邊形-遠架並列杆的三平動自由度機器人機構技術領域
本發明屬於機器人技術領域，具體涉及一種含有近架平行四邊形-遠架並列杆的三平動自由度機器人機構。
背景技術：
美國專利US4976572公開了一種空間對稱三平動並聯機構，包括三條主動支鏈，每條支鏈包括主動臂和從動臂兩部分。此類機構支鏈的形式分為兩種，一種為主動臂和從動臂均為單杆形式，從動臂的兩端通過虎克鉸分別與主動臂和動平臺連接；一種為主動臂為單杆，而從動臂為雙杆，雙杆從動臂構成平行四邊形，每根杆兩端通過球鉸鏈分別與主動臂和動平臺連接，其中主動臂一端相對於靜平臺僅具有一個移動或轉動自由度，另一端通過球鉸與從動臂的一端連接，從而限制動平臺相對於固定機架的三個迴轉自由度。此類機構的鉸鏈不存在標準件，製造周期長，安裝複雜。中國專利200510015750公開了一種含有一種含鋼絲平行四邊形支鏈結構的空間三平動並聯機構。該機構由固定架、動平臺以及分別軸對稱均布設置在所述的固定架與動平臺之間的三條結構相同的支鏈構成；所述的支鏈，由固定設置在所述固定架上的驅動裝置、一端連接所述驅動裝置的輸出端另一端與連接塊固接的近架杆、以及一端與所述的連接塊球鉸接另一端與所述的動平撞球鉸接的遠架杆構成，所述遠架杆的兩側對稱設置有與之平行的兩根鋼絲，所述鋼絲的兩端分別與所述的連接塊和動平撞球鉸接。此類機構的缺點在於由於鋼絲是柔性單元當鬆緊程度不同時其長度亦變化，從而造成動平臺姿態發生變化，使得動平臺姿態精度難以保證。發明內容
本發明的目的正是為了克服上述現有技術中的不足，提供一種製造周期短，安裝方便，動平臺姿態精度高，整體剛度大的，含有近架平行四邊形-遠架並列杆的三平動自由度機器人機構。
為解決上述技術問題，本發明的基本構思是:由結構完全相同的三條均布的支鏈保證機器人機構位姿的精確性，由支鏈中的近架平行四邊形及遠架並列杆的結構形式保證整體具有較大的剛度。
本發明所提供一種含有近架平行四邊形-遠架並列杆的三平動自由度機器人機構包括機架、動平臺、三條結構形式相同的支鏈，所述的三條支鏈共同連接所述的機架和動平臺；所述的三條結構形式相同的支鏈之一由主動臂、副主動臂、雙襯架關節、第一虎克球鉸、遠架並列杆、第二虎克球鉸組成；所述的雙襯架關節包括第一襯架、第二襯架、迴轉中心軸，所述的第一襯架、第二襯架分別和迴轉中心軸鉸接；所述的雙襯架關節連接所述的主動臂、副主動臂和第一虎克球鉸；所述的主動臂一端通過平面迴轉副和雙襯架關節連接，另一端與固連於所述機架的驅動裝置的輸出軸鍵連接；所述的副主動臂一端通過球鉸和雙襯架關節連接，另一端通過球鉸和機架連接；所述的主動臂、副主動臂、雙襯架關節通過運動副的連接，形成近架平行四邊形結構；所述的虎克球鉸由中心十字軸、第一平面迴轉副、第二平面迴轉副、第一球鉸鏈、第二球鉸鏈組成；所述的遠架並列杆由兩根長度相等的從動臂組成；所述的遠架並列杆一端和所述的第一虎克球鉸固接，另一端和所述的第二虎克球鉸固接；所述的第一虎克球鉸和雙襯架關節通過平面轉動副連接；所述的第二虎克球鉸和所述的動平臺通過平面轉動副連接；所述的三條支鏈均勻布置，且均有固定於所述機架上的驅動裝置與主動臂連接。所述驅動裝置採用伺服電機一減速器結構。本發明由近架平行四邊形及遠架並列杆構成的空間均布三支鏈的共同約束作用，限制了動平臺的三個迴轉自由度，使動平臺相對機架僅具有三個平動自由度，保證了機器人機構姿態穩定。三組驅動裝置提供的運動驅動，使得該三平動自由度機器人機構具有確定的運動，保證了該機構位置精確。該機器人機構單支鏈剛度高，進一步地，三支鏈並聯結構保證了機構整體具有較大的剛度。本發明具有以下特點:
1、採用近架平行四邊形及遠架並列杆的結構形式作為限制轉動自由度的約束；
2、虎克球鉸的結構特點，使得中心漂移微小，角度活動範圍大，配合雙襯架關節的結構，保證機器人機構具有較大的工作空間；
3、該機器人機構位姿精確，剛度大；
4、虎克球鉸的結構形式及與遠架並列杆的連接方式，可保證該機器人機構兩從動臂受力均勻，減小了運動副的磨損，從而可提高機構的壽命；
5、採用通用標準件球鉸構成的虎克球鉸，可完全實現傳統虎克鉸的功能，另外，機構多處採用標準件球鉸，便於縮短製造周期及使用失效後的零部件快速更換。本發明採用近架平行四邊形及遠架並列杆的支鏈結構限制動平臺的轉動自由度，且近架平行四邊形及遠架並列杆的結構形式保證整體具有較大的剛度。該機構的有益效果是:有效避免了由於鋼絲彈性引起的姿態誤差，並且製作簡單、安裝調試方便，機構製造成本較低。
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圖1是本發明的結構示意 圖2是本發明的相同結構形式的支鏈之一結構示意 圖3是圖2的I部放大 圖4是圖2的II部放大 圖5是雙襯架關節的結構不意 圖6是虎克球鉸的結構示意 圖7是虎克球鉸與動平臺的連接示意圖。圖中:1:機架，2:主動臂，3:副主動臂，4:雙襯架關節，5:從動臂，6:動平臺，7:驅動裝置，8:第一虎克球鉸，9:第二虎克球鉸，4-1:第一襯架，4-2:第二襯架，4-3:主動臂迴轉中心軸，4-4:從動臂迴轉中心軸，8-1:中心十字軸，8-2:第一平面迴轉副，8-3:第二平面迴轉副，8-4:第一球鉸鏈，8-5:第二球鉸鏈。
具體實施方式
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下面結合附圖對本發明作進一步描述: 如圖1-圖7所示，一種含有近架平行四邊形-遠架並列杆的三平動自由度機器人機構，包含機架1，動平臺6，均勻布置在機架I與動平臺6之間的三條結構形式相同的支鏈連接機架I與動平臺6，所述的支鏈包含近架平行四邊形及遠架並列杆組件結構，可以限制動平臺6的三個轉動自由度。
如圖1、圖2所示，所述的三條結構形式相同的支鏈之一由主動臂2、副主動臂3、雙襯架關節4、第一虎克球鉸8、遠架並列杆5、第二虎克球鉸9組成。
如圖5所示，所述的雙襯架關節4，由第一襯架4-1、第二襯架4-2及主動臂迴轉中心軸4-3、從動臂迴轉中心軸4-4組成，所述的第一襯架4-1、第二襯架4-2分別和主動臂迴轉中心軸4-3、從動臂迴轉中心軸4-4鉸接。如圖3所示，所述的主動臂2 —端通過平面迴轉副與所述的雙列襯架4的主動臂迴轉中心軸4-3連接，其迴轉中心是點B，另一端與所述機架I上的驅動裝置7的輸出軸鍵連接，其迴轉中心是點A ;所述副主動臂3 —端通過球鉸鏈與所述的雙襯架關節4的副主動臂迴轉中心軸4-4連接，其迴轉中心是點C，另一端通過球鉸鏈與所述機架I連接，其迴轉中心是點D ;結構及設計上保證A、B的距離與C、D的距離相等，A、D的距離與B、C的距離相等，這樣，所述的主動臂2、副主動臂3、雙襯架關節4通過運動副的連接，形成形式上的平行四邊形結構，可使得機構在運動過程中保持雙襯架關節4的姿態不變。
第一虎克球鉸8與第二虎克球鉸9結構完全相同，對於本發明，僅是由於其在支鏈中所處的位置的不同而命名不同。如圖6所示，所述的第一虎克球鉸8由中心十字軸8-1、第一平面迴轉副8-2、第二平面迴轉副8-3、第一球鉸鏈8-4、第二球鉸鏈8-5組成。所述的遠架並列杆5由兩根長度相等的從動臂5組成。所述的第一虎克球鉸8、第二虎克球鉸9、遠架並列杆5在支鏈中的連接方式為:如圖4、圖7所示，所述的遠架並列杆5 —端和所述的第一虎克球鉸8固接，另一端和所述的第二虎克球鉸9固接；所述的第一虎克球鉸8和雙襯架關節4通過平面轉動副連接；所述的第二虎克球鉸9和所述的動平臺6通過平面轉動副連接。通過這種連接方式，虎克球鉸8、虎克球鉸9、遠架並列杆5組合形成平行四邊形結構，且使得虎克球鉸僅能夠繞十字軸軸線的兩個方向轉動。
所述的三條支鏈均勻布置，且均由驅動裝置7與主動臂2連接。
所述的驅動裝置7與機架I固定連接，可使其輸出端為與其連接的動平臺6提供一個移動或轉動自由度；驅動裝置7採用了伺服電機一減速器的結構形式，為與其連接的主動臂2提供一個轉動自由度，為了達到同樣目的，還可以採用扭矩電機驅動，為與其連接的主動臂2提供一個轉動自由度。在某種應用狀況下，也可以採用直線電機的驅動方式，為與其連接的主動臂2提供一個移動自由度。當然，在具體實施時，採用其它任意一種可實現相同運動功能的結構形式作為驅動方式都是可以的。
權利要求
1.一種含有近架平行四邊形-遠架並列杆的三平動自由度機器人機構，其特徵在於該機器人機構包括機架、動平臺、三條結構形式相同的支鏈，所述的三條支鏈共同連接所述的機架和動平臺；所述的三條結構形式相同的支鏈之一由主動臂、副主動臂、雙襯架關節、第一虎克球鉸、遠架並列杆、第二虎克球鉸組成；所述的雙襯架關節包括第一襯架、第二襯架、迴轉中心軸，所述的第一襯架、第二襯架分別和迴轉中心軸鉸接；所述的雙襯架關節連接所述的主動臂、副主動臂和第一虎克球鉸；所述的主動臂一端通過平面迴轉副和雙襯架關節連接，另一端與固連於所述機架的驅動裝置的輸出軸鍵連接；所述的副主動臂一端通過球鉸和雙襯架關節連接，另一端通過球鉸和機架連接；所述的主動臂、副主動臂、雙襯架關節通過運動副的連接，形成近架平行四邊形結構；所述的虎克球鉸由中心十字軸、第一平面迴轉副、第二平面迴轉副、第一球鉸鏈、第二球鉸鏈組成；所述的遠架並列杆由兩根長度相等的從動臂組成；所述的遠架並列杆一端和所述的第一虎克球鉸固接，另一端和所述的第二虎克球鉸固接；所述的第一虎克球鉸和雙襯架關節通過平面轉動副連接；所述的第二虎克球鉸和所述的動平臺通過平面轉動副連接；所述的三條支鏈均勻布置，且均有固定於所述機架上的驅動裝置與主動臂連接。
2.根據權利要求1所述的一種含有近架平行四邊形-遠架並列杆的三平動自由度機器人機構，其特徵在於:所述的驅動裝置採用伺服電機一減速器結構。
全文摘要
本發明公開一種含有近架平行四邊形-遠架並列杆的三平動自由度機器人機構，屬於機器人技術領域。該機器人機構包括機架、動平臺、三條結構形式相同的支鏈，三條支鏈共同連接機架和動平臺，支鏈由主動臂、副主動臂、雙襯架關節、第一虎克球鉸、遠架並列杆、第二虎克球鉸組成，三條支鏈均勻布置，且均有固定於所述機架上的驅動裝置與主動臂連接。本發明採用近架平行四邊形及遠架並列杆的支鏈結構限制動平臺的轉動自由度，且近架平行四邊形及遠架並列杆的結構形式保證整體具有較大的剛度，有效避免了由於鋼絲彈性引起的姿態誤差，並且製作簡單、安裝調試方便，機構製造成本較低。
文檔編號B25J9/00GK103170965SQ201310079690
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月13日 優先權日2013年3月13日
發明者張良安, 王鵬, 解安東, 單家正, 萬俊 申請人:安徽工業大學