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CN104889976A - 一种三转动解耦球面并联机器人机构 - Google Patents

一种三转动解耦球面并联机器人机构 Download PDF

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王华明
苏永林
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Abstract

一种三转动解耦球面并联机器人机构，它包括基座、动平台以及连接基座和动平台的三个分支，每个分支的一端的弧形连杆均通过同一个转动副与基座连接，其中分支一的弧形连杆的另一端通过转动副与直角连杆一的一端连接，该直角连杆一的另一端通过转动副与直角连杆二的一端连接，该直角连杆二的另一端通过第四转动副与动平台连接，上述分支一中相邻的两个转动副的轴线相互垂直；分支二与分支三的结构相同，这两个分支的弧形连杆的另一端通过第二转动副与直角连杆的一端连接，该直角连杆的另一端通过第三转动副与动平台连接，上述分支二和分支三中相邻的两个转动副的轴线分别相互垂直。本发明结构简单、易于控制，能够实现三个转动方向的完全解耦。

Description

一种三转动解耦球面并联机器人机构
技术领域
本发明属于机器人领域,特别涉及一种并联机构。
背景技术
传统并联机构其具有结构刚度好，承载能力大，累积误差小等特点，使其在机器人、虚拟轴机床、微型机械手领域得到广泛的应用。但也正是强耦合性的存在使得并联机构在构型设计、分析计算以及机构控制方面存在诸多困难，一定程度上限制了并联机构的应用。
球面转动并联机构是指通过多条支链来共同驱动动平台，使其能够绕着球心做任意轴线转动的并联机构。球面并联机构可广泛应用机器人关节、雷达天线调姿、摄像机定位等场合，国外学者如Gosselin提出的球面转动并联机构“Agile Eye(灵巧眼)”，国内学者也提出一些球面转动并联机构，例如公开号为CN1803410A所述的两转解耦球面并联机构，以及公开号为CN103895009A、CN101306534A、CN101797435A等所述的三自由度球面并联机构。总体来说，球面转动并联机构型式以两转动的居多，而结构简单、控制方便的三转动解耦的并联机构则仍不多见。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、易于控制、能够实现三个转动方向的完全解耦的三转动解耦球面并联机器人机构。
本发明包括基座、动平台以及连接基座和动平台的三个分支，每个分支的一端的弧形连杆的一端均通过第一转动副与基座连接，其中分支一的弧形连杆的另一端通过第二转动副与直角连杆一的一端连接，该直角连杆一的另一端通过第三转动副与直角连杆二的一端连接，该直角连杆二的另一端通过第四转动副与动平台连接，上述分之一中相邻的两个转动副的轴线相互垂直；分支二与分支三的结构相同，这两个分支的弧形连杆的另一端通过第二转动副与直角连杆的一端连接，该直角连杆的另一端通过第三转动副与与动平台连接，上述分支二和分支三中相邻的两个转动副的轴线分别相互垂直。
三个分支的弧形连杆均与同一个第一转动副连接，成三角形布置，分支三中的第二转动副与分支二中的第二转动副轴线共线，分支二的第三转动副与分支三的第三转动副轴线共线，且该轴线与分支一的第四转动副轴线垂直，三个分支共8个转动副的轴线均交于一点，该点即为动平台转动中心。
分支一的第一转动副处安装驱动电机，电机固连在基座上，输出端与三个弧形连杆联接处相连，且其转动轴线与第一转动副轴线共线；分支二的第三转动副处安装驱动电机，电机固连在第二和第三转动副之间的直角连杆上，且其转动轴线与分支二的第三转动副轴线共线；分支三的第二转动副处安装驱动电机，电机固连在分支三的弧形连杆上，且其转动轴线与分支三的第二转动副轴线共线。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
结构简单、轻便，解耦运动均是通过转动副来实现的，即克服了传统三转动并联机构控制复杂、强耦合性、分析计算繁琐的缺点，又保留了并联机构强度高，稳定性好的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意简图。
具体实施方式
在图1所示的三转动解耦球面并联机器人机构示意图中，每个分支的一端的弧形连杆的一端均通过第一转动副R1与基座8连接，分支一的弧形连杆1的另一端通过第二转动副R12与直角连杆一2的一端连接，该直角连杆一的另一端通过第三转动副R13与直角连杆二3的一端连接，该直角连杆二的另一端通过第四转动副R14与动平台9连接，上述分之一中相邻的两个转动副的轴线相互垂直；分支二的弧形连杆4的另一端通过第二转动副R22与直角连杆5的一端连接，该直角连杆的另一端通过第三转动副R23与与动平台9连接，上述分支二中相邻的两个转动副的轴线相互垂直；分支三的弧形连杆6的另一端通过第二转动副R32与直角连杆7的一端连接，该直角连杆的另一端通过第三转动副R33与与动平台9连接，上述分支三中相邻连接的两个转动副的轴线相互垂直。
三个分支的弧形连杆均与同一个第一转动副R1连接，成三角形布置，分支三中的第二转动副R32与分支二中的第二转动副R22轴线共线，分支二的第三转动副R23与分支三的第三转动副R33轴线共线，且该轴线与分支一的第四转动副R14轴线垂直，三个分支共8个转动副的轴线均交于动平台转动中心O。
分支一的第一转动副R1处安装驱动电机，电机固连在基座上，输出端与三个弧形连杆联接处相连，且其转动轴线与第一转动副轴线共线；分支二的第三转动副R23处安装驱动电机，电机固连在第二和第三转动副之间的直角连杆上，且其转动轴线与分支二的第三转动副轴线共线；分支三的第二转动副R32处安装驱动电机，电机固连在分支三的弧形连杆上，且其转动轴线与分支三的第二转动副轴线共线。通过控制与转动副R1、R23、R32轴线分别共线的三个驱动电机，就可实现动平台绕R1、R23、R32轴线的三转动自由度，且三转动自由度为完全解耦的。

Claims (2)

1.一种三转动解耦球面并联机器人机构，它包括基座、动平台以及连接基座和动平台的三个分支，其特征在于：每个分支的一端的弧形连杆的一端均通过第一转动副与基座连接，其中分支一的弧形连杆的另一端通过第二转动副与直角连杆一的一端连接，该直角连杆一的另一端通过第三转动副与直角连杆二的一端连接，该直角连杆二的另一端通过第四转动副与动平台连接，上述分支一中相邻的两个转动副的轴线相互垂直；分支二与分支三的结构相同，这两个分支的弧形连杆的另一端通过第二转动副与直角连杆的一端连接，该直角连杆的另一端通过第三转动副与与动平台连接，上述分支二和分支三中相邻的两个转动副的轴线分别相互垂直；三个分支的弧形连杆均与同一个第一转动副连接，成三角形布置，分支三中的第二转动副与分支二中的第二转动副轴线共线，分支二的第三转动副与分支三的第三转动副轴线共线，且该轴线与分支一的第四转动副轴线垂直，三个分支共8个转动副的轴线均交于一点，该点即为动平台转动中心。
2.根据权利要求1所述的三转动解耦球面并联机器人机构，其特征在于：在所述分支一的第一转动副处安装驱动电机，电机固连在基座上，输出端与三个弧形连杆联接处相连，且其转动轴线与第一转动副轴线共线；在所述分支二的第三转动副处安装驱动电机，电机固连在第二和第三转动副之间的直角连杆上，且其转动轴线与分支二的第三转动副轴线共线；在所述分支三的第二转动副处安装驱动电机，电机固连在分支三的弧形连杆上，且其转动轴线与分支三的第二转动副轴线共线。
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