含螺旋副的精密微動並聯三維移動機構的製作方法

2024-01-30 06:54:15

專利名稱：含螺旋副的精密微動並聯三維移動機構的製作方法
技術領域：
本項發明屬於空間並聯機器人機構領域。
背景技術：
空間並聯機器人是當今機器人領域國內外研究的熱點之一。與串聯機器人相比，並聯機器人具有剛度大、負荷自重比高等優點。最早的空間六自由度並聯機器人是基於Stewart 1965年採用的6-SPS平臺機構。這種空間並聯機構開始用於飛行模擬器，近年來又被設計成並聯虛擬軸工具機，微動機器人和傳感器元件等。近年來，新型少自由度並聯機器人機構成為新的研究熱點。由於這種機構相對具有結構簡單、造價低等特點，在工業生產及其他領域有著廣闊的應用前景。如Hunt1983年提出三自由度的3-RPS空間並聯機構已引起廣泛興趣；1990年Pierrot等提出一種稱為Delta機構的三維移動機構，該機構為17桿21運動副，其中12個球面副，雖機構十分複雜，已有了廣泛的應用；1995年Tsai發明了一種較簡單的三自由度三維移動機構，並獲得了美國專利，該機構也為17桿21運動副。精密微動在許多領域有十分重要的意義，如用於微操作機器人，可從事細胞注射，光線對接，微加工，微裝配的多項重要的工作。

發明內容
本發明的目的在於提供一種基於螺旋副和轉動副的微動空間並聯三維移動機構。該發明具有機構相對簡單，結構對稱等特點，可實現空間的三維移動。
這種含有螺旋副的精密微動空間並聯三維移動機構，由上平臺1、下平臺10，及連接上平臺1、下平臺10的三個分支組成，其特徵是每個分支有一個螺旋副和三個轉動副，即三個R1HR2R3分支，其中Rj(j＝1，2，3)表示轉動副，H表示螺旋副，它們的軸線相互平行；安裝在上平臺1上的三個轉動副的軸線可以平行同一平面也可以相互垂直，安裝在下平臺10上的三個轉動副的軸線與上平臺上的相對應可以平行同一平面也可以相互垂直；同一分支上固連於支座9上的轉動副11的軸線與螺旋副8的軸線共線；三個輸入是三個安裝在支座9的電機6驅動三個絲槓7，絲母固連於連接螺旋副8(H)和轉動副11(R1)的下臂連杆5上，傳動絲槓機構也可以用差動螺旋副代替；固連於上平臺1的三個轉動副軸線在空間相互垂直，對應固連於下平臺10的三個轉動副軸線在空間也相互垂直，這種軸線布置的空間並聯三維移動機構的運動是解耦的；採用本機構設計的微動機器人、並聯工具機和工作檯，轉動副可以是普通精密轉動副，也可以是彈性鉸鏈。
本發明的有益效果是結構相對簡單、對稱，剛度大、承載高、精度高。可實現工作範圍在0.001-10.000mm之間的三維微操作，還可實現更大範圍的三維移動。


附圖1.含螺旋副的精密微動並聯三維移動機構示意圖在圖1中，上下六邊形表示上下平臺，每個分支是RHRR運動鏈。O-XYZ為固聯於下平臺的坐標系，$ij(i＝1，2，3；j＝1，2，..4)表示運動副的軸線。1.上平臺，2.轉動副R3，3.上臂，4.轉動副R2，5.下臂連杆，6.電機，7.絲槓，8.螺旋副H，9.支座，10.下平臺，11.轉動副R1。
具體實施例方式
本發明公開的3-RHRR空間並聯三維移動機構由上平臺1、下平臺10，及連接上下平臺的三個R1HR2R3分支構成(見圖1)，同一分支上四個運動副軸線平行；固連於上平臺1的三個轉動副軸線平行上平臺1平面；同一分支上固連於支座9上的轉動副11(R1)的軸線與螺旋副8(H)的軸線共線，其構件是一個傳動螺杆，三個輸入是三個安裝在支座9的電機6驅動三個傳動螺杆，螺母固連於連接螺旋副8(H)和轉動副(11)R1的下臂連杆5上。
傳動螺杆或滾珠絲槓機構可為普通傳動螺旋副和滾珠絲槓副，也可以是差動螺旋副，此時為3-HHRR機構；採用本機構設計的微動機器人或傳感器元件，運動副可是普通精密轉動副，還可以是彈性鉸鏈。
本發明可用於設計各種用途的空間並聯機器人(如生產裝配線上零件裝配等)、並聯虛擬軸工具機、微動機器人以及傳感器元件等。
權利要求
1.一種含有螺旋副的精密微動空間並聯三維移動機構，由上平臺(1)、下平臺(10)，及連接上平臺(1)、下平臺(10)的三個分支組成，其特徵是每個分支有一個螺旋副和三個轉動副，它們的軸線相互平行；安裝在上平臺(1)上的三個轉動副的軸線可以平行同一平面也可以相互垂直，安裝在下平臺(10)上的三個轉動副的軸線與上平臺上的相對應可以平行同一平面也可以相互垂直；同一分支上固連於支座(9)上的轉動副(11)的軸線與螺旋副(8)的軸線共線。
2.權利要求1所述的含有螺旋副的精密微動空間並聯三維移動機構，其特徵在於三個輸入是三個安裝在支座(9)的電機(6)驅動三個絲槓(7)，絲母固連於連接螺旋副(8)H和轉動副(11)R1的下臂連杆(5)上，傳動絲槓機構也可以用差動螺旋副代替。
3.權利要求1所述的含有螺旋副的精密微動空間並聯三維移動機構，其特徵在於固連於上平臺(1)的三個轉動副軸線在空間相互垂直，對應固連於下平臺(10)的三個轉動副軸線在空間也相互垂直，這種軸線布置的空間並聯三維移動機構的運動是解耦的。
4.權利要求1所述的含有螺旋副的精密微動空間並聯三維移動機構，其特徵在於採用本機構設計的微動機器人、並聯工具機和工作檯，轉動副可以是普通精密轉動副，也可以是彈性鉸鏈。
全文摘要
本發明屬於空間並聯機器人機構領域。其特徵是每個分支有一個螺旋副和三個轉動副，它們的軸線相互平行；安裝在上平臺1上的三個轉動副的軸線可以平行同一平面也可以相互垂直，安裝在下平臺10上的三個轉動副的軸線與上平臺上的相對應可以平行同一平面也可以相互垂直；同一分支上固連於支座9上的轉動副11的軸線與螺旋副8的軸線共線。該發明可實現空間的三維移動。除具有並聯機構的剛度大、承載高的特點外，還具有機構相對簡單，結構對稱等特點，可實現高的傳動精度(1～2μm)和大的行程(20mm)。本發明可設計出各種用途的空間並聯機器人、並聯虛擬軸工具機、微動機器人以及傳感器元件等。
文檔編號B25J9/00GK1539603SQ200310104278
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月28日 優先權日2003年10月28日
發明者黃真, 趙鐵石, 黃 真 申請人:燕山大學