[发明专利]可实现三平动和一转动的并联机构

说明书

技术领域

本发明隶属于工业机器人领域，特别涉及到一种可实现三平动和一转动的并联机构。

背景技术

并联机构是指由两个或两个以上分支相连，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的机构。并联机构由于具有刚度重量比大、承载能力强、误差累积小、动态性能好、结构紧凑等特点，近年来被广泛应用于众多技术领域。早期的并联机构通常是6自由度的Stewart并联机构，该机构的上平台与下平台之间以六个分支相连，每个分支两端是两个球铰，中间是一移动副。驱动副推动移动副作相对移动，改变杆的长度，使上平台的位置和姿态变化。Stewart并联机构具有工作空间小、运动正解困难、结构设计复杂等缺点。为了克服6自由度并联机构的这些缺点，近年来许多研究人员把注意力转向了少自由度并联机构，少自由度并联机构具有结构简单、设计与控制比较简单等优点。四、五自由度并联机构在工业中应用比较广泛。现有的四自由度并联机构大多采用对称机构，如方跃法等(中国专利申请号：02158043.X)提出的三平动和一转动四自由度并联机构由4条结构相同的运动支链构成，每条运动支链由转动副、万向节和圆柱副组成。刘辛军等(中国专利申请号：00105935.1)提出的四自由度并联机构由RPS(R—转动副、P—移动副、S—球副)和UPS(U—虎克铰)两种结构的运动支链对称构成。现有的四自由度并联机构大多采用对称结构且在支链中含有球铰和虎克铰等复杂铰链，从而会导致并联机构的工作空间小，结构复杂，制造成本高。

另外，在轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装等作业往往需要末端执行器实现特殊轨迹运动且工作空间大，因此该类末端执行器不适合采用对称并联机构。又例如模拟厨师灶上动作的烹饪机器人，要求该烹饪机器人能实现专业厨师灶上的四个有效动作：晃锅、翻锅、倾锅和移锅，晃锅和翻锅要求锅具能实现特殊的轨迹运动，而倾锅和移锅要求锅具的运动空间大，因此该类烹饪机器人只能采用四自由度的非对称并联机构来实现。

本发明的目的在于克服现有四自由度并联机构工作空间小的缺点而提出一种三平动和一转动四自由度并联机构，该类并联机构具有非对称结构，高刚度，工作空间大，运动学正、反解简单等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现三平动和一转动的并联机构。

本发明所采用的技术方案：本发明机构包括滑动块(8)和末端执行器(7)，以及连接两者之间的三组平面连杆机构组成。这三组平面连杆机构是：五杆滑块机构、曲柄滑块机构以及平面四杆机构。五杆滑块机构由主动件(1)和从动件(2，3，4)组成，曲柄滑块机构由主动件(17)和从动件(18，4)组成，平面四杆机构由主动件(5)和从动件(6，20)组成。末端执行器(7)的转轴连接在连杆(2)上，平面四杆机构的从动件(20)与末端执行器相连。五杆滑块机构和曲柄滑块机构共用一个滑块(4)和一个驱动电机(12)，而滑块(4)又作为五杆滑块机构的一个驱动件。曲柄滑块机构和五杆滑块机构组成平面组合机构，该组合机构利用一个驱动电机(12)就能实现末端执行器所要求的二自由度运动。由主动件(5)和从动件(6，20)组成的平面四杆机构能完成末端执行器的一转动功能。另外，滑动块(8)由滚珠丝杠(10)驱动实现直线往复运动，因此该机构能实现三平动和一转动。

本发明的特点是：利用三个驱动电机(11)、(12)、(13)就能实现三平动和一转动的四自由度运动；结构新颖紧凑，加工制造装配简单；能实现特殊轨迹的运动(如烹饪机器人的锅具复杂运动)。

本发明与现有三平动和一转动四自由度并联机构相比有如下优点：

1、本发明的并联机构的运动支链中都是采用简单的转动副和移动副，结构简单，易于制造。

2、本发明的并联机构采用非对称的支链结构，因而工作空间比对称的并联机构大。

3、本发明的并联机构运动学正、反解简单。

4、本发明的并联机构与传统的串联式机构相比，具有高刚度、承载能力强、误差累积小、动态性能好、结构紧凑等特点

附图说明

图1本发明实施例1的侧面1图

图2本发明实施例1的侧面2图

图3本发明实施例1的五杆滑块机构、曲柄滑块机构以及平面四杆机构的机构简图

图4本发明实施例2的侧面1图

图5本发明实施例2的侧面2图

图6本发明实施例2的五杆机构、曲柄摇杆机构以及平面四杆机构的机构简图