可調式3,4,5－sps型並聯機構實驗平臺的製作方法

2023-06-15 01:49:41 1

專利名稱：可調式3,4,5－sps型並聯機構實驗平臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及機器人和機械製造領域。
背景技術：
為便於說明，用(n，n＝1，2，3，4，6)表示分支數，用(S，U，P，R)分別表示分支運動鏈中的(球副，萬向副，移動副，轉動副)，它們的組合表示分支運動鏈結構。
並聯機器人相對具有機構剛度大，承載能力強，末端質量輕，慣性小，位置誤差不累積等特點，在應用上與串聯機器人呈互補關係。自由度少於6的並聯機器人機構相對具有結構簡單、容易控制等優點，現在已成為機器人和製造領域研究的熱點。近年來，Tsai的三移動3-UPU機構，獲美國專利USA No.5656905；黃真的4自由度3-URU/SPS並聯機構和5自由度解耦並聯機器人結構，分別獲中國專利1335215A，1311083A；汪勁松的4自由度2轉2移並聯機器人機構，黃田的3自由度球面並聯機構，高峰的5自由度並聯微動機器人，也分別獲中國專利1267586A，1439492A，1257770A。這些少自由度並聯機構各具特色，但運動副位姿是不可調整的，因此每種少自由並聯機構的運動特性是單一的，這不利於機構實驗綜合和多種構型並聯機構運動特性的實驗研究。現有的並聯機構理論尚不能解釋一些少自由度並聯機構的冗餘自運動現象，需要深入開展有關的理論和實驗研究。

發明內容
本發明目的在於提供一種一機多型、運動精度高、自由度為3，4，5可調式並聯機構實驗平臺。該發明具有機構相對簡單，結構對稱，工作空間相對較大，具有機型可變，運動副位姿可調，自由度可變，運動精度高等特點。調整直線驅動分支數和布置形式，能改變機構的自由度數和構型；在給定驅動分支數和布置形式前提下，適當增加球副約束，可將球副轉變成萬向副或轉動副，也能改變它們的姿態，實現構造各種少自由度並聯機構實驗平臺，並對其機構特性和運動特性開展實驗研究。
這種可調式3，4，5-SPS型並聯機構實驗平臺，由上平臺1、基座2和聯接上平臺1與基座2的3，4，5個SPS型直線驅動分支3組成，其特徵是每個直線驅動分支3兩端有球副，中間有1個直線驅動機構和1個步進電動機4形成SPS分支，其軸線與球副中心重合，直線驅動分支3由步進電機4與螺旋副組成的直線移動驅動裝置或液壓直線移動驅動裝置構成，實現直線驅動運動；3，4，5個直線驅動分支3在上平臺1和基座2之間呈正多邊形對稱分布，其中，4，5個直線驅動分支3的1個直線驅動分支3布置在平臺1和基座2的中心，其餘的在上平臺1和基座2之間呈正多邊形對稱分布；每個球副由環架5、支架6和軸套7組成，直線驅動分支3的一端與環架5聯接構成轉動副，環架5與支架6聯接構成轉動副，支架6與軸套7聯接構成轉動副，這3個轉動副相互正交構成1個球副，軸套7與上平臺1和機座2固連；支架6上設置橫銷8，在軸套7上設置立銷9，用橫銷8或立銷9對球副施加適當約束，能限制球副的1個轉動副轉動，使球副變成不同方位的萬向副；也能限制球副的2個轉動副轉動，使球副變成不同方位的轉動副；由此，綜合構造各種少自由度並聯機構實驗平臺。


在圖1、圖2和圖3中，1.動平臺，2.基座，3.直線驅動分支，4.步進電動機，5.環架，6.支架，7.軸套，8.橫銷，9.立銷。
具體實施例方式
實施例1圖1是本發明公開的第一個實施例，3個SPS直線驅動分支運動鏈結構相同，在上平臺1和基座2呈正三角形對稱分布，每個直線驅動分支3的兩端有球副，中間有1個直線驅動機構和1個步進電動機4，其軸線與球副中心重合，由步進電動機4驅動，實現直線驅動分支3的伸縮運動。球副由3個軸線正交的轉動副組成；用橫銷8和立銷9，限制球副中2個轉動副的轉動，將與動平臺1聯接的3個球副變成轉動副，構成1個3-SPR並聯機構實驗平臺，該機構其自由度為3。
實施例2圖2是本發明公開的第二個實施例，與第一個實施例不同之處在於有4個SPS型直線驅動分支，在上平臺1和基座2呈正四邊形對稱分布；用橫銷8和立銷9，限制球副中2個轉動副的轉動，將與動平臺1聯接的2個鄰近球副變成轉動副，構成1個2-SPS/2-SPR並聯機構實驗平臺，該機構的自由度為4。
可調式3，4，5-SPS型並聯機構兩種實驗平臺，除具有並聯機構剛度大、承載高的特點外，還具有機構相對簡單，結構對稱，運動精度高，可調性好等特點。它們可用於多種少自由度並聯機構的機構型綜合與運動分析的實驗研究，也可用來設計出多種用途的空間並聯機器人、並聯工具機、微動機器人以及傳感器元件等。
權利要求
1.一種可調式3，4，5-SPS型並聯機構實驗平臺，由上平臺(1)、基座(2)和聯接上平臺(1)和基座(2)的3，4，5個直線驅動分支(3)組成，其特徵是3，4，5個直線驅動分支(3)在上平臺(1)和基座(2)之間呈正多邊形對稱分布，其中，4，5個直線驅動分支(3)的1個直線驅動分支(3)布置在平臺(1)和基座(2)的中心，其餘在上平臺(1)和基座(2)之間呈正多邊形對稱分布；每個直線驅動分支(3)兩端有球副，中間有1個直線驅動機構和1個步進電機(4)，其軸線與球副中心重合。
2.根據權利要求1所述的可調式3，4，5-SPS型並聯機構實驗平臺，其特徵是直線驅動分支(3)由步進電動機(4)與螺旋副組成的直線移動驅動裝置或液壓直線移動驅動裝置構成。
3.根據權利要求1和2所述的可調式3，4，5-SPS型並聯機構實驗平臺，其特徵在於每個球副由環架(5)、支架(6)和軸套(7)組成，驅動分支一端(3)與環架(5)聯接構成轉動副，環架(5)與支架(6)聯接構成轉動副，支架(6)與軸套(7)聯接構成轉動副，這3個轉動副相互正交構成1個球副，軸套(7)與上平臺(1)和機座(2)固連；支架(6)上設置橫銷(8)，在軸套(7)上設置立銷(9)，用橫銷(8)或立銷(9)對球副施加適當約束，能限制球副的1個轉動副轉動，使球副變成不同方位的萬向副；也能限制球副的2個轉動副轉動，使球副變成不同方位的轉動副；由此，綜合構造各種少自由度並聯機構實驗平臺。
全文摘要
本發明屬於機器人和機械製造領域。其特徵是3，4，5個直線驅動分支(3)在上平臺(1)和基座(2)之間呈正多邊形對稱分布，其中，4，5個直線驅動分支(3)的1個布置在平臺(1)和基座(2)的中心，其餘在上平臺(1)和基座(2)之間呈正多邊形對稱分布；每個直線驅動分支(3)兩端有球副。直線驅動分支(3)一端與環架(5)聯接構成轉動副，環架(5)與支架(6)聯接構成轉動副，支架(6)與軸套(7)聯接構成轉動副，這3個轉動副相互正交構成球副；用橫銷(8)和立銷(9)改變球副的自由度。本發明可實現少自由度並聯機構的自由度可變、構型可變、運動形式可變的機構綜合與運動分析的實驗研究。該發明具有一機多型、自由度可變、工作空間相對大、結構對稱和運動精度高等特點。可設計出各種空間並聯機器人、並聯工具機、微動機器人以及傳感器元件等。
文檔編號B23Q1/46GK1861328SQ200510012898
公開日2006年11月15日 申請日期2005年10月10日 優先權日2005年10月10日
發明者路懿 申請人:燕山大學