[发明专利]具有两转一移三自由度的非对称结构并联机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人机构，特别是一种具有两转一移三自由度的并联机构。

背景技术

机构自由度数少于6的少自由度并联机器人是目前国际并联机器人学术界和工业界关注的热点。在实际应用中有相当数量的操作任务所要求的自由度数少于6，此时应用合适的少自由度并联机器人，可以有效地节省系统设计、制造、控制和维护方面的成本。

具有两个转动自由度和一个移动自由度(简称2转1移)的3自由度并联机构是少自由度并联机器人中非常重要的一类。3-PRS/RPS类并联机构是两转一移三自由度并联机构的典型代表，被用作望远镜聚焦装置、运动模拟器、微操作机械手、坐标测量机、加工中心的主轴头等。

现有的两转一移三自由度并联机构(US6431802、WO0025976、ZL 200610013608.3，EP1123175、CA2349579、DE59905578D、ES2198991T、ZL200710057179.4)都存在着伴随运动，致使运动学模型复杂、实时控制、标定困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种两转一移三自由度并联机构的改进，该机构应不存在伴随运动，具有易于控制，结构简单、刚度高，制造成本低的特点。

本发明提供的技术方案是：

具有两转一移三自由度的非对称结构并联机构，包括动平台、机架、以及连接动平台与机架的第一、第二和第三分支；其特征在于其中第一分支中从机架到动平台依次连接有转动副、移动副和球面铰，转动副的轴线与移动副的运动方向垂直；第二分支中从机架到动平台依次连接有转动副、移动副和球面铰，转动副的轴线与移动副的运动方向垂直；第三分支从机架到动平台依次连接有转动副、移动副、第二转动副和万向铰，两个转动副的轴线平行且与移动副的运动方向垂直；所述第一分支和第二分支中的球面铰中心点、球面铰中心点和第三分支中万向铰的中心点在一条直线上。

每一分支中的移动副或转动副中至少有一个是主动移动副或者主动转动副，主动移动副的驱动机构是电机带动的丝杠机构，或者是伺服电机，主动转动副的驱动机构是电机带动的减速机。

本发明可实现空间的两个转动自由度和一个移动自由度，并且在运动中不会产生伴随运动，其运动学描述得到简化，易于控制、标定；另外由于结构简单可靠、刚度高，制造成本得以降低，可应用于并联机器人、并联机床等场合。

附图说明

图1是本发明实施例的立体结构示意图。

图中：11-机架，21-机架，31-机架，4-动平台；

第一分支中：111-连杆，112-转动副，113-移动副，114-连杆，19-球面铰；

第二分支中：211-连杆，212-转动副，213-移动副，214-连杆，29-球面铰；

第三分支中：311-连杆，312-转动副，313-移动副，314-连杆，36-第二转动副，37-连杆，38-万向铰，38a-万向铰38的第一根转轴，38b-万向铰38的第二根转轴。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

实施例中，所述每个分支的万向铰中的两个转动副的轴线相互垂直且相交；所述的万向铰的中心点即为万向铰中两个转动副轴线的交点；所述的万向铰18、万向铰28和万向铰38中的第一根转轴，是万向铰直接连接动平台的转动副。此外，每一分支中的单自由度运动副中至少有一个是主动移动副或主动转动副，所述的主动移动副的驱动机构是电机带动的丝杠机构，或者是伺服电机，主动转动副的驱动机构是电机带动的减速机。以上所述均为一般机器人机构的常规设计。

如图1所示，动平台4通过三个分支与机架11、机架21和机架31连接（机架11、机架21和机架31固定连接为一体），连杆111、211、311分别与机架11、21和31连接； 转动副112、212、312一端分别与连杆111、211、311连接，转动副112、212、312另一端分别与移动副113、213、313连接；连杆114、214、314的一端分别与移动副113、213、313连接，连杆114、214的另一端分别与球面铰19、29连接，连杆314的另一端与转动副36连接；连杆37的一端与转动副36连接，连杆37的另一端与万向铰38的第二根转轴38b铰接，动平台4分别与球面铰19、29和万向铰38的第一根转轴38a铰接；万向铰38的第一根转轴38a平行于动平台的平面，且垂直于转动副36的轴线，万向铰38的第二根转轴38b垂直于动平台的平面；球面铰19的球心，球面铰29的球心，和万向铰38的中心点(转轴38a和38b的轴线交点)在同一直线上。