[发明专利]无奇异性空间五自由度并联机器人

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对上述不足，本发明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。

本发明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动平台的中心相连，约束支链上的第二球铰与静平台的中心相连，第二球铰的球心与静平台所在平面重合，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，本发明具有的优点是：

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为本发明的无奇异性空间五自由度并联机器人示意图。

图中：1.静平台，2.动平台，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，10.第二移动副，11.第二球铰，12.非约束支链。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

参照图1，本发明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2、一个四边形静平台1以及连接动平台2和静平台1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1和动平台2的对应角点相连，虎克铰7的两条旋转轴线均与静平台1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与动平台2的中心相连，约束支链上的第二球铰11与静平台1的中心相连，第二球铰11的球心与静平台所在平面重合，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缩。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缩。由于静平台1固定在机架上，五条支链的一端通过运动副固定在静平台1上，另一端通过运动副固定在动平台2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。