[发明专利]完全解耦三维移动并联机器人机构

说明书

【技术领域】

本发明涉及先进制造领域，涉及一种用于数控机床、测量机等执行机构的完全解耦三维移动并联机器人机构。 

【背景技术】

并联机器人机构可定义为：上下平台(固定平台和运动平台)之间用两个或两个以上的运动支链相连，每个运动支链由连杆和运动副组成，运动平台具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的机构。并联机器人机构广泛应用于大型模拟设备、机器人、数控机床、传感器、微操作器、雕刻机和测量机等技术领域。Stewart平台是一种典型的并联机器人机构，该机构具有6个自由度，首次用于并联机器人和数控机床被认为是二十世纪以来机床结构的一次革命，在这以后发明了多种6自由度并联机构。 

由于结构的限制，6自由度并联机构有许多技术问题没能很好解决，如运动耦合性强、运动学正解复杂、工作空间小、传动特性差等。三维移动并联机器人机构在工业生产中具有广阔的应用前景，不少学者研究了多种该类型的机构，如Delta机构、Star Like机构等。中国学者在完全解耦三维移动并联机器人机构的研究方面也取得了大量的研究成果(如专利申请号：01108297.6；01113519.0；03113354.1；200410018623.8；200510037951.7等)。 

目前国内外学者研究了多种三维移动并联机器人机构，其性能及应用场合各有不同，并联机器人、数控机床等的发展和实用化需要创造出优于现有机型的新机型。 

【发明内容】

本发明的目的是提供一种结构简单、控制容易、运动精度高、成本低、运动完全解耦的完全解耦三维移动并联机器人机构。 

本发明为解决上述问题所采用的方案是设计一种完全解耦三维移动并联机器人机构。其特征在于所说的机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条支链组成；其中： 

所说的第一支链自上而下由球面副A1、杆长L1、球面副B1、杆长L2和固连于固定平台的转动副C1组成，且转动副C1为驱动副； 

所说的第二支链自上而下由转动副A2、杆长L3、转动副B2、杆长L4和圆柱副C2连接组成，转动副A2、转动副B2和圆柱副C2的旋转轴线Y轴平行，且圆柱副C2中沿Y轴方向的移动副为驱动副；

所说的第三支链自上而下由转动副A3、杆长L5、转动副B3、杆长L6和圆柱副C3连接组成，转动副A3、转动副B3和圆柱副C3的旋转轴线与X轴平行，且圆柱副C3中沿X轴方向的移动副为驱动副； 

所说的三条支链的顶部通过球面副A1、转动副A2和转动副A3连接运动平台，三条支链的底部通过转动副C1、圆柱副C2和C3连接固定平台。 

所说的每一个支链中的连接杆是不影响各杆运动的杆、板或异型的形状。 

本发明的有益效果是： 

1、机构工作平台可实现三维平移运动输出。 

2、机构简单，制造、安装容易，传动精度高，成本低。 

3、工作空间较大，传动特性好。 

4、机构运动完全解耦，运动学正、反解均为解析解，简化了轨迹规划、控制、校正等一系列技术问题。 

【附图说明】

图1完全解耦三维移动并联机器人机构示意图。 

以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。 

【具体实施方式】

本发明的完全解耦三维移动并联机器人机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条支链组成。A1、A2和A3所在的平台为运动平台，第一支链中，A1为球面副，B1为球面副，C1为转动副；第二支链中，A2和B2为转动副，C2为圆柱副；第三支链中，A3和B3为转动副，C3为圆柱副。三条支链通过运动副C1、C2和C3分别与固定平台相联。机构中，每一个支链有一个驱动副，第一支链中驱动副为转动副C1，第二支链中驱动副为圆柱副C2中的移动副，第三支链中驱动副为圆柱副C3中的移动副。在第一支链中，转动副的转动轴线没有方向约束；在第二和第三支链中，每个支链中的各转动轴线互相平行，而两个支链间的转动轴线互相垂直。圆柱副C2和C3的轴线相互垂直。每一个支链中的连接杆可以是不影响各杆运动的杆、板或异型的形状。 

如图所示，驱动可采用电机或液压驱动，在工作空间内运动平台始终作三维平移运动。操作器或执行器安装在运动平台上，实现三维移动操作。第一支链驱动副输入量确定运动平台在固定坐标系中的Z坐标值，第二支链驱动副输入量确定运动平台在固定坐标系中的Y坐标值，第三支链驱动副输入量确定运动平台在固定坐标系中的X坐标值。