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无奇异性空间五自由度并联机器人制造技术

技术编号:3860191 阅读:198 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术的无奇异性空间五自由度并联机器人包括动平台、静平台以及连接动平台和静平台的五条支链,其中四条支链为结构相同的非约束支链,一条支链为约束支链,每条非约束支链由依次连接的虎克铰、具有两根滑杆的第一移动副和第一球铰组成,四条非约束支链上的虎克铰和第一球铰分别与静平台和动平台的对应角点相连,约束支链由依次连接的旋转副、具有两根滑杆的第二移动副和第二球铰组成,约束支链上的旋转副与静平台的中心相连,约束支链上的第二球铰与动平台的中心相连,动平台的边长与静平台的边长不等。本发明专利技术不仅承载能力强,受力特性突出,而且不具有奇异位形,在精密传感器,微动工作台,虚拟轴机床等领域有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种并联机器人结构,尤其是一种无奇异性的可以实现空间2 个方向转动和3个方向移动的五自由度并联机器人。
技术介绍
并联机构拥有许多优异的特性如误差小、刚度高、承载能力大等,但是其 自身也存在着固有的缺点,奇异性就是并联机构的固有性质之一。对于并联机 构而言奇异性通常是指当机构位于某种特定位形时,其动平台的正常自由度会 发生瞬间改变。处于奇异位形状态下的并联机构会产生许多不良特性,如机构 瞬时丧失刚度、末端定位精度降低、驱动力无法平衡动平台特定广义力等,因 此研究如何消除机构的奇异性是并联机构非常关键的问题。
技术实现思路
针对上述不足,本专利技术的目的是提供一种无奇异性的可以实现空间2个方 向转动和3个方向移动的五自由度并联机器人。本专利技术的无奇异性空间五自由度并联机器人,包括一个四边形动平台、一 个四边形静平台以及连接动平台和静平台的五条支链,其中四条支链为结构相 同的非约束支链, 一条支链为约束支链,每条非约束支链由依次连接的虎克铰、 具有两根滑杆的第一移动副和第一球铰组成,四条非约束支链上的虎克铰和第 一球铰分别与静平台和动平台的对应角点相连,虎克铰的两条旋转轴线均与静 平台所在平面重合,其中虎克铰的一条旋转轴线与虎克铰所在静平台角点的对 角线平行,第一球铰的球心与动平台所在平面重合。约束支链由依次连接的旋 转副、具有两根滑杆的第二移动副和第二球铰组成,约束支链上的旋转副与静 平台的中心相连,约束支链上的第二球铰与动平台的中心相连,第二球铰的球 心与动平台所在平面重合,旋转副的轴线与动平台的一条对角线重合,动平台 的边长与静平台的边长不等。上述二转动三移动五自由度并联机器人的静平台固定在机架上,四条非约 束支链的第一移动副由直线电机驱动,约束支链的移动副同样由直线电机驱动。 当电机驱动运动副运动后,四条非约束支链和一条约束支链上的移动副两根滑 杆发生相互移动,五条支链同时带动动平台做相应的运动。由于五条支链在机 构运动的过程中始终保持不平行的关系,根据机构的运动学分析可知,整个机 构由五个电机驱动具有五个自由度,且不存在奇异性。与现有的其他并联机构相比较,本专利技术具有的优点是1. 并联机器人结构简单、承载能力强、工作空间大、易于控制。2. 并联机器人适用领域广泛,可用作并联机床、精密传感器、手术机器人以 及微动工作台等,有很好的应用前景。3. 并联机器人不具有奇异性,在工作过程中不会出现某些位置上刚度消失 以及驱动力无法平衡动平台特定广义力的问题。附图说明图1为本专利技术的无奇异性空间五自由度并联机器人示意图。图中1.动平台,2.静平台,3.非约束支链,4.旋转副,5.第一移动副,6.滑杆,7.虎克铰,8.第一球铰,9滑杆,IO.第二移动副,11.第二球铰,12.非约束支链。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细描述。参照图1,本专利技术的无奇异性空间五自由度并联机器人,包括一个四边形动 平台1、 一个四边形静平台2以及连接动平台1和静平台2的五条支链,其中四 条支链3为结构相同的非约束支链, 一条支链12为约束支链,每条非约束支链 由依次连接的虎克铰7、具有两根滑杆6的第一移动副5和第一球铰8组成,四 条非约束支链3上的虎克铰7和第一球铰8分别与静平台2和动平台1的对应 角点相连,虎克铰7的两条旋转轴线均与静平台2所在平面重合,其中虎克铰7 的一条旋转轴线与虎克铰7所在静平台角点的对角线平行,第一球铰8的球心 与动平台所在平面重合。约束支链12由依次连接的旋转副4、具有两根滑杆9 的第二移动副10和第二球铰11组成,约束支链12上的旋转副4与静平台2的 中心相连,约束支链上的第二球铰11与动平台1的中心相连,第二球铰11的 球心与动平台所在平面重合,旋转副4的轴线与动平台的一条对角线重合,动 平台的边长与静平台的边长不等。图例中,动平台的边长小于静平台的边长。工作原理如下并联机器人的四条非约束支链3的第一移动副5在直线电机驱动下使两根 滑杆6发生相对滑移,使得非约束支链可以伸縮。约束支链12的第二移动副10 在直线电机驱动下使两根滑杆9同样发生相对滑移,使得非约束支链可以伸縮。 由于静平台2固定在机架上,五条支链的一端通过运动副固定在静平台2上, 另一端通过运动副固定在动平台1上,动平台在四条支链的共同作用下,可以 发生空间的两个方向的转动和三个方向的移动。即可以做绕X、 Y轴的转动以 及沿X、 Y、 Z轴方向的移动。整个机构具有五个自由度,且不存在奇异性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
无奇异性空间五自由度并联机器人,其特征在于包括一个四边形动平台(1)、一个四边形静平台(2)以及连接动平台(1)和静平台(2)的五条支链,其中四条支链(3)为结构相同的非约束支链,一条支链(12)为约束支链,每条非约束支链由依次连接的虎克铰(7)、具有两根滑杆(6)的第一移动副(5)和第一球铰(8)组成,四条非约束支链(3)上的虎克铰(7)和第一球铰(8)分别与静平台(2)和动平台(1)的对应角点相连,虎克铰(7)的两条旋转轴线均与静平台(2)所在平面重合,其中虎克铰(7)的一条旋转轴线与虎克铰(7)所在静平台角点的对角线平行,第一球铰(8)的球心与动平台所在平面重合。约束支链(12)由依次连接的旋转副(4)、具有两根滑杆(9)的第二移动副(10)和第二球铰(11)组成,约束支链(12)上的旋转副(4)与静平台(2)的中心相连,约束支链上的第二球铰(11)与动平台(1)的中心相连,第二球铰(11)的球心与动平台所在平面重合,旋转副(4)的轴线与动平台的一条对角线重合,动平台的边长与静平台的边长不等。

【技术特征摘要】
1.无奇异性空间五自由度并联机器人,其特征在于包括一个四边形动平台(1)、一个四边形静平台(2)以及连接动平台(1)和静平台(2)的五条支链,其中四条支链(3)为结构相同的非约束支链,一条支链(12)为约束支链,每条非约束支链由依次连接的虎克铰(7)、具有两根滑杆(6)的第一移动副(5)和第一球铰(8)组成,四条非约束支链(3)上的虎克铰(7)和第一球铰(8)分别与静平台(2)和动平台(1)的对应角点相连,虎克铰(7)的两条旋转轴线均与静平台(2)所在平面重合,其中虎克铰(7)的一条旋转轴线与虎克铰(7...

【专利技术属性】
技术研发人员:李凌丰彭铁柱
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:86[中国|杭州]

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