[发明专利]一种三转动球形并联机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种机床和工业机器人的执行机构，尤其是球形工作环境下，具有三转动并联结构的数控机床执行机构或具有三转动并联结构的机器人执行机构。

背景技术

并联机构是由多个并行支链构成的闭环运动系统，即由多个并行支链的一端同时与一个末端执行器（动平台）相连构成。从Steward机构在轮胎测试及飞行模拟器上的成功应用开始，并联机构一直成为诸多学者研究的对象。并联机构（PM）相比与传统的串联机构，具有更大的刚度、负载和更高的精度。从一定意义上来说，并联机构同时具备了数控机床（高刚度、高精度、高速度）和工业机器人（低成本、灵活、易于集成）的优点。

少自由度并联机构，作为并联机构的一大类，由于适应性强，被用于许多特殊的工作环境中；其中的三转动并联机构由于其特殊的运动性能而被广泛运用于机器人的腰、肩、腕等关节，同时在卫星天线、摄像定位、医疗器械等方面也有诸多运用。

CN102259269A提出了一种三转动球面并联机构，具有结构简单、工作空间大、便于制造的优点；CN101590650A提出了一种解耦的三转动自由度并联机构，具有机构简单、转动惯量小、运动响应快的优点。CN101244558A提出了一种空间三转动自由度并联机构，易于实现高速运动，具有良好的动态特性。上述机构均有各自的特点，但是对于要实现在球形工作环境下的应用，部分机构由于过多的运动副而使刚度下降，另一部分机构则外形无法保证；所以寻求一个既具有高刚度、动态响应快，又满足工作环境要求的三转动球形并联机构是本发明设计的重点。

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的不足，提出一种在球形工作环境下，具有刚度高、运动响应快、转动惯量小、结构简单、便于安装特点的三转球形并联机构。

本发明采用的技术方案是：

一种三转动球形并联机构，包括圆形机架、圆形动平台以及连接机架和动平台的三个分支，其特征在于：所述三个分支均依次包括转动副、弧形连杆、移动副、导杆以及球铰。

所述三个分支的转动副均匀分布于圆形机架上且三个转动副轴线共面，各转动副轴线还经过圆形机架的圆心且与移动副轴线形成45°角；所述移动副的轴线经过球铰的球心且指向圆形机架的圆心。

所述机构的驱动副为各分支上的转动副，驱动方式由伺服电机通过谐波减速器驱动。

所述弧形连杆的半径与圆形机架的半径相等。

本发明的有益效果是：

本发明采用弧形连杆均布方式且机构呈半球形，能够在球形工作环境下运行；机架到动平台之间的运动副少，使机构具有良好的刚度；且具有运动响应快、转动惯量小、结构简单、便于安装等优点。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

如图1所示，一种三转动球形并联机构，包括机架1、动平台4以及连接机架1和动平台4的三个分支。

所述三个分支，每个分支均依次由转动副1R、弧形连杆12、移动副1P、导杆13、球铰1S、圆形动平台4组成（所述三个分支结构相同）。

每个分支中的弧形连杆12的半径与圆形机架1的半径相等，转动副1R轴线与移动副1P轴线成45°角，移动副1P轴线过球铰1S球心且指向圆形支架的圆心O（两两球铰的球心之间的弧长或距离均相同）。

所述三个分支均匀分布在圆形机架上，每个分支中的转动副轴线始终过机架圆心O（两两相邻的转动副轴线构成120度夹角）。所述机构驱动副为各分支上的转动副，驱动方式由伺服电机通过谐波减速器驱动，当驱动副转动时，机构作三自由度转动。