[发明专利]具有冗余驱动的球面二自由度对称并联机器人机构

说明书

技术领域

本项发明属于机器人和机械制造领域，特别涉及一种具有冗余驱动的球面二自由度对称并联机器人机构。

背景技术

并联机器人机构属于空间多自由度多环闭链机构，和串联机构相比，并联机器人机构具有刚度大、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点。目前，并联机器人机构被广泛应用于虚拟轴机床、微动操作台、各种运动模拟器和传感器等领域。

由于冗余驱动可以改善如减少工作空间内的奇异等并联机器人机构的一些性能，应用较为广泛。但目前应用的冗余驱动机器人机构大多数是在不改变机器人机构本体结构的前提下，通过在从动运动副上增加驱动而获得的冗余驱动机构。这种冗余驱动虽然达到了克服工作空间内奇异的目的，但同时增加了运动部件的惯性，而且各个分支驱动分布不对称。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种具有冗余驱动的球面二自由度并联机器人机构，该机构不仅可以克服工作空间内的奇异，改善机构的灵巧性和力传递的一致性，而且具有结构和驱动分布对称、刚度和承载力高、容易制造和装配等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：具有冗余驱动的球面二自由度对称并联机器人机构，该机构由纯转动副构成。其结构是复合转动副通过三个结构相同的分支与定平台连接，所述定平台上三个基座转动副呈正三角形布置。机构中所有转动副的轴线汇交于一点即球面机构的球心，当选取三个基座转动副作为机器人机构输入，复合转动副作为机构的输出时，复合转动副具有沿球面移动的二个自由度，由于机构的输入有三个，因此称为具有冗余驱动的球面二自由度对称并联机器人机构。该球面机器人机构的转动中心是机构所有转动副轴线的汇交点即球面机构的球心。

根据空间机构学原理，这种具有冗余驱动的球面二自由度对称并联机器人机构可以理解为球面三自由度3-RRR对称并联机器人机构的变异机构，只要把球面三自由度3-RRR对称并联机器人机构的三角形动平台简化为一个点，从而使其失去一个转动自由度，就变异为具有冗余驱动的球面二自由度对称并联机器人机构。

本发明的有益效果是：该发明结构和驱动分布对称，各向同性好，刚度和承载力高，机构输入驱动易于布置。

附图说明

图1是具有冗余驱动的球面二自由度对称并联机器人机构的结构示意图；

图2是具有冗余驱动的球面二自由度对称并联机器人机构的一个分支结构示意图。

在图1、图2中，1.复合转动副，2.第一连杆，3.第二连杆，4.第三连杆，5.第一转动副，6.第二转动副，7.第三转动副，8.第四连杆，9.第五连杆，10.第六连杆，11.第一基座转动副，12.第二基座转动副，13.第三基座转动副，14.正三角形定平台。

具体实施方式

实施例

在具有冗余驱动的球面二自由度对称并联机器人机构中，复合转动副1作为机构的输出，正三角形定平台14与复合转动副1通过三个结构完全相同的分支相连接。其中，第一连杆2、第二连杆3和第三连杆4的结构相同；第四连杆8、第五连杆9和第六连杆10的结构相同；第一转动副5、第二转动副6和第三转动副7的结构相同；第一基座转动副11、第二基座转动副12和第三基座转动副13的结构相同。在所述机构的一个分支中(见图2)，复合转动副1连接第一连杆2、第二连杆3和第三连杆4，第一转动副5连接第一连杆2和第四连杆8，第一基座转动副11连接第四连杆8和正三角形定平台14；第二转动副6连接第二连杆3和第五连杆9，第二基座转动副12连接第五连杆9和正三角形定平台14。第三转动副7连接第三连杆4和第六连杆10，第三基座转动副13连接第六连杆10和正三角形定平台14。所述机构中的复合转动副1、第一转动副5、第二转动副6、第三转动副7第一基座转动副11、第二基座转动副12和第三基座转动副13的轴线都汇交于一点。

冗余驱动机构是通过增加一个相同的串联分支形式，从而增加一个驱动来获得的冗余驱动。该发明工作时，三个驱动输入同时存在，而输出仅有两个自由度，属于超确定输入，仅能利用力矩输入控制。