一種具有弧形移動副的三支鏈六自由度并聯機構的制作方法

本發明涉及機器人設計制造技術領域，具體涉及一種具有弧形移動副的三支鏈六自由度并聯機構。

背景技術：

并聯機構通常由動平臺和固定平臺通過多條支鏈聯結而成，自1938年首次提出并聯機器人以來，因其具較大剛度、較強的承載能力、誤差小、精度高、自重負荷比小、動力性能好、控制容易等特點,廣泛應用于社會的各個領域。目前，常見的有2自由度、3自由度、4自由度、6自由度并聯機構；其中，6自由度并聯機構的一個本質特征是每個分支具有六個獨立的自由度，或者說每個分支都必須能生成一個六維的位移群。因此，在Stewart六自由度并聯機構的基礎上，改變分支中運動副的種類、排列順序以及方向等，同時保持分支的六個獨立自由度，即可得到新的六自由度并聯機構機型。

較為代表的有：1997年，Byun等人提出了3-PPSP六自由度并聯機構；德國的斯圖加特大學提出的Linpaod構型，上海交通大學高峰等人提出的新型三支鏈六自由度機器人(CN201310502815.5)。天津理工大學李彬等人提出的一種含繩驅動關節的三支鏈六自由度并聯機構(CN201410700723.2)。河北工業大學張建軍等人提出一種六自由度三支鏈并聯機器人機構，(CN201210227966.X)。河北工業大學王永奉等人提出一種三支鏈六自由度機器人驅動機構(CN201410388991.5)。

這些機構支鏈大多對稱分布排列，且所需驅動較多，控制方法復雜，(如3-PPSP并聯機構，9個驅動)，或者產生的運動形式相對較少(多個驅動實現少于6個自由度的運動)。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種驅動較少、控制簡單的具有弧形移動副的三支鏈六自由度并聯機構。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種具有弧形移動副的三支鏈六自由度并聯機構，其包括基座、動平臺和三條相同的運動支鏈，運動支鏈呈放射狀平均分布安裝于基座和動平臺之間，運動支鏈包括第一弧形連桿組件、第一電機和支撐連桿，支撐連桿的一端鉸接至動平臺，第一弧形連桿組件的一端鉸接至支撐連桿，第一電機設置于基座上用于驅動第一弧形連桿組件轉動，在第一弧形連桿組件轉動的過程中第一弧形連桿組件的弧長亦隨之變化。

其中，運動支鏈進一步包括第二弧形連桿組件和第二電機，第一弧形連桿組件的一端和第二弧形連桿組件的一端沿支撐連桿的長度方向間隔鉸接至支撐連桿的不同位置，第二電機設置于基座上用于驅動第二弧形連桿組件轉動，在第二弧形連桿組件轉動的過程中第二弧形連桿組件的弧長亦隨之變化。

其中，第一弧形連桿組件和第二弧形連桿組件均包括上弧形連桿、下弧形連桿和萬向鉸鏈，萬向鉸鏈連接上弧形連桿的上端和支撐連桿，上弧形連桿的下端與下弧形連桿的上端嵌套連接，下弧形連桿的下端連接至與其對應的第一電機或第二電機的輸出軸。

其中，下弧形連桿包括相互連接的弧形部分和直線部分，直線部分的下端連接至與其對應的第一電機或第二電機的輸出軸，弧形部分具有空管狀特征，上弧形連桿嵌套至下弧形連桿中。

其中，運動支鏈進一步包括設置于基座上的第一電機支架和第二電機支架，第一電機和第二電機分別設置于第一電機支架和第二電機支架上。

其中，第二弧形連桿組件鉸接至支撐連桿的另一端。

本發明的有益效果是：與現有技術相比，本發明具有弧形移動副的三支鏈六自由度并聯機構包括三條相同的運動支鏈，運動支鏈呈放射狀平均分布安裝于基座和動平臺之間，運動支鏈的支撐連桿鉸接至動平臺，第一弧形連桿組件的一端鉸接至支撐連桿，第一電機設置于基座上用于驅動第一弧形連桿組件轉動，且在第一弧形連桿組件轉動的過程中第一弧形連桿組件的弧長亦隨之變化，采用較少的驅動即可實現六自由度調節，結構簡單、控制容易，運動平穩。

附圖說明

圖1是本發明具有弧形移動副的三支鏈六自由度并聯機構的立體結構圖；

圖2是圖1所示三支鏈六自由度并聯機構的運動支鏈的結構示意圖；

圖3是圖2所示運動支鏈的上弧形連桿的結構示意圖；

圖4是圖2所示運動支鏈的下弧形連桿的結構示意圖。

具體實施方式

請參照圖1和圖2，本發明具有弧形移動副的三支鏈六自由度并聯機構包括基座1、動平臺2和三條相同的運動支鏈。

運動支鏈呈放射狀平均分布安裝于基座1和動平臺2之間。平均分布的含義是：三條運動支鏈于基座上1上的設置位置(固定點)位于同一圓(基座定位圓)上，任意兩運動支鏈的固定點與基座固定圓的圓心的連線的夾角為120°，三條運動支鏈于動平臺2上的設置位置(鉸接點)位于同一圓(動平臺定位圓)上，任意兩運動支鏈的鉸接點與動平臺定位圓的圓心的連線的夾角為120度。

運動支鏈包括第一弧形連桿組件、第一電機6和支撐連桿9。支撐連桿9的一端通過球鉸連接至動平臺2(鉸接位置即前述鉸接點)，第一弧形連桿組件的一端鉸接至支撐連桿9，第一電機6設置于基座1上(第一電機設置位置即前述固定點)用于驅動第一弧形連桿組件轉動，在第一弧形連桿組件轉動的過程中第一弧形連桿組件的弧長亦隨之變化。第一弧形連桿組件具有與圓形的圓周的一部分相同的形狀，即圓弧形，圓弧形的長度簡稱弧長，弧長可以隨著第一電機的驅動時第一弧形連桿組件轉動的過程中發生變化，即變長或變短。采用上述并行的運動支鏈即可實現六自由度調節，結構簡單、控制容易、運動平穩。

為了兼顧調整的速度和定位的準確性，運動支鏈進一步包括第二弧形連桿組件和第二電機5。第一弧形連桿組件的一端和第二弧形連桿組件的一端沿支撐連桿9的長度方向間隔鉸接至支撐連桿9的不同位置，第二電機5設置于基座1上用于驅動第二弧形連桿組件轉動，在第二弧形連桿組件轉動的過程中第二弧形連桿組件的弧長亦隨之變化。

支撐連桿9呈直線狀的長條形。優選地，第二弧形連桿組件鉸接至支撐連桿9的另一端，第一弧形連桿組件鉸接至支撐連桿9的中段，中段的含義包括去除兩端各1/4長度的位置，優選地，第一弧形連桿鉸接至支撐連桿9的中點。

通過控制每條運動支鏈上的第一電機6、第二電機5，使得對應的第一弧形連桿組件和第二弧形連桿組件繞著第一電機6和第二電機5的輸出軸轉動，進而使得第一弧形連桿組件和第二弧形連桿組件的弧長發生變化，經由支撐連桿9的作用，來驅動動平臺2實現六個自由度的空間運動。

針對不同的應用領域，可將第一電機6作為主要驅動源，來實現動平臺的快速定位，第二電機5作為協助驅動源，以幫助動平臺2實現位置精度調節。

具體地，第一弧形連桿組件和第二弧形連桿組件均包括上弧形連桿8、下弧形連桿7和萬向鉸鏈10或11。萬向鉸鏈10或11連接上弧形連桿8的上端12和支撐連桿9，上弧形連桿8的下端與下弧形連桿7的上端嵌套連接且二者共圓心，下弧形連桿7的下端連接至與其對應的第一電機6或第二電機5的輸出軸。

下弧形連桿7包括相互連接的弧形部分和直線部分，直線部分的下端13連接至與其對應的第一電機6或第二電機5的輸出軸，弧形部分具有空管狀特征14，上弧形連桿8嵌套至下弧形連桿7中。實際應用中，亦可以在上弧形連桿2上設置空管狀特征，將下弧形連桿7的弧形部分嵌套至上弧形連桿2中。或者，上弧形連桿2和下弧形連桿7二者之一上設置弧形滑槽，另一上設置弧形滑軌等等。無論是全包覆式的空管狀特征還是部分覆蓋式的弧形滑槽與滑軌設置均包含在本發明上弧形連桿2與下弧形連桿7嵌套連接的范圍內。

進一步地，運動支鏈包括設置于基座上的第一電機支架4和第二電機支架3。第一電機6和第二電機5分別設置于第一電機支架4和第二電機支架3上。

區別于現有技術，本發明具有弧形移動副的三支鏈六自由度并聯機構包括三條相同的運動支鏈，運動支鏈呈放射狀平均分布安裝于基座1和動平臺2之間，運動支鏈的支撐連桿9鉸接至動平臺2，第一弧形連桿組件的一端鉸接至支撐連桿9，第一電機6設置于基座1上用于驅動第一弧形連桿組件轉動，且在第一弧形連桿組件轉動的過程中第一弧形連桿組件的弧長亦隨之變化，采用較少的驅動即可實現六自由度調節，結構簡單、控制容易，運動平穩。進一步地，運動支鏈上設置第二弧形連桿組件和驅動第二連桿組件轉動的第二電機，第二弧形連桿組件和第一弧形連桿組件沿支撐連桿的長度方向間隔鉸接至支撐連桿的不同位置，將一個電機作為主要驅動源實現動平臺的快速定位，另一電機作為協助驅動源實現動平臺的位置精度調節，可以兼顧調節速度和調節精度。以及，本發明三支鏈六自由度并聯機構驅動能力、魯棒性及承載能力均能滿足多種應用，例如機床、機器人檢測等領域的應用需求。

以上所述僅為本發明的實施方式，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。