[发明专利]高刚度冗余驱动三自由度并联机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种少自由度机器人机构，尤其是一种具有高刚度冗余驱动三自由度并联机构。

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。

现有出版物上所公开的两转一移三自由度并联机构（如US6431802、WO0025976、ZL200610013608.3，EP1123175、CA2349579、DE59905578D、ES2198991T、ZL200710057179.4），存在着伴随运动，即非独立的自由度上存在着小幅值运动。

申请人已经递交的若干专利申请（CN102126216A、CN102126217A）以及获批的专利（CN101518898A）中公开的两转一移三自由度并联机构均不存在伴随运动，并具有结构简单，制造成本低的特点；然而由于其第三分支结构特殊，对其正面方向的受力呈悬臂梁形式，在该方向无法实现很高的刚度，适合用于载荷不大的场合，如果应用为重载操作装备，则机构的刚度不足，致使机构的承载能力较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术存在的不足，改变该两转一移三自由度并联机构第三分支结构，从而改变该分支的受力特点，大大提高机构的刚度，同时具有易于控制、结构简单、承载力大、制造成本低等特点。

本发明采用的技术方案是：

高刚度冗余驱动三自由度并联机构，包括动平台、机架以及并联连接在动平台与机架之间的第一分支、第二分支和第三分支；第一分支和第二分支中，每一分支从机架到动平台依次连接有第一单自由度运动副、第二单自由度运动副和万向铰；其特征在于第三分支又分为两个并联支链，每一支链从机架到连接动平台的T字铰，依次连接第一单自由度运动副、第二单自由度运动副以及一转动副；第一分支的万向铰的第一根转轴轴线与第二分支的万向铰的第一根转轴轴线共线且经过第三分支T字铰的中心点；第三分支的T字铰的第一根转轴轴线垂直或者平行于第一分支的万向铰的第一根转轴轴线以及第二分支的万向铰的第一根转轴轴线。

高刚度冗余驱动三自由度并联机构，包括动平台、机架以及并联连接在动平台与机架之间的第一分支、第二分支和第三分支；第一分支和第二分支中，每一分支从机架到动平台依次连接有第一单自由度运动副、第二单自由度运动副和万向铰；其特征在于第三分支又分为两个并联支链，这两个支链与第一分支、第二分支对称分布；每一支链从机架到连接动平台的十字铰，依次连接第一单自由度运动副、第二单自由度运动副以及一转动副；第一分支的万向铰的第一根转轴轴线与第二分支的万向铰的第一根转轴轴线共线且经过第三分支的十字铰的中心点；第三分支的十字铰的第一根转轴轴线垂直或者平行于第一分支的万向铰的第一根转轴轴线以及第二分支的万向铰的第一根转轴轴线。

所述第一分支、第二分支以及第三分支的每个支链中的第一单自由度运动副、第二单自由度运动副是移动副或转动副。

所述第一分支、第二分支以及第三分支中的每个支链中的移动副或转动副至少有一个是主动移动副或主动转动副；主动移动副的驱动机构是电机带动的丝杠机构或是伺服电机，主动转动副的驱动机构是电机带动的减速机。

第一分支的万向铰的第一根转轴轴线与第二分支的万向铰的第一根转轴轴线平行于动平台的平面。

本发明中，动平台可实现空间的两个转动自由度和一个移动自由度；其中一个转动自由度是动平台可绕第一、第二分支中与动平台相连的两个万向铰中心点的连线发生转动，另一个转动自由度是动平台可绕经过第三分支与动平台相连的T字铰或十字铰中心点，且与第一、第二分支中转动副轴线平行的直线发生转动；移动自由度是动平台可在垂直方向发生移动。