[发明专利]六自由度3-3正交型并联机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机械学技术领域的六自由度并联机器人，具体是一种六自由度3-3正交型并联机器人。

背景技术

多自由度并联机器人应用十分广泛，可用于并联加工机床、微操作机器人、运动模拟器(如飞机训练模拟系统、地震模拟试验系统)等领域。目前广泛采用斯蒂瓦特(Stewart)机构，(参见文献《一种六自由度并联平台》)(D.Stewart.Aplatform with Six Degrees of freedom.Proc.of the Institution of Mechanical Engineers.London，UK，1965，180(15):371-386))，由六个输入获得六个输出自由度。这类平台具有承载能力大，刚度高，结构稳定，精度高，加速度大等特点。

分析斯蒂瓦特结构并联机器人具有以下不足:

1、由于驱动的布置方式限制，使得6个驱动力高度耦合，给解耦计算带来了困难，不利于机构的控制;

2、由于支链均位于运动平台的下方，使得机构的各向同性度较差;

3、由于机构限制，一般采用只能大型伺服油缸驱动，并配备大型储能装置，因此设备庞大，制造维护费用高，液压油易泄露、造成环境污染;

4、由于液压缸本身刚度相对较低，动态响应延迟较大，影响了系统整体的刚度及响应特性;

5、在并联机器人的运动平台运动过程中，质量较大的驱动系统也要随之进行摆动，这部分附加的质量及转动惯量不仅耗费能源，还降低了整体系统的动态响应特性;

6、由于驱动支链布置方式的限制，占地空间相对较大。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种六自由度3-3正交型并联机器人。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种六自由度3-3正交型并联机器人，包括运动平台、固定机架以及设置于运动平台和固定机架之间且连接运动平台和固定机架的机械支链组，所述机械支链组包括六条采用3-3式正交布置的机械支链。

所述每一条机械支链均包括直线驱动器和刚性定长连杆，其中，所述直线驱动器固定于固定机架上，所述刚性定长连杆的一端设有球铰，刚性定长连杆的另一端设有虎克铰或球铰，所述直线驱动器的一端与刚性定长连杆的一端通过球铰或虎克铰连接，所述刚性定长连杆的另一端通过球铰或虎克铰与运动平台连接。

所述刚性定长连杆与运动平台相连接的一端，其球铰或虎克铰为六个，六个球铰或虎克铰呈中心对称的方式分布于运动平台上。

所述直线驱动器包括如下部件:

-电机;

-联轴器;

-滚珠丝杠;

-滑块;

-导轨;

所述电机通过联轴器与滚珠丝杠刚性连接，所述滚珠丝杠与滑块相连接，所述滑块设置在导轨上并沿着导轨限定的运动方向做直线运动，所述滑块的一端通过球铰或虎克铰与刚性定长连杆的一端连接，从而实现直线驱动器与刚性定长连杆的连接，其中，电机通过联轴器带动滚珠丝杠转动，进而驱动滑块在导轨上沿着导轨限定的方向做直线运动。

所述3-3式正交布置具体为，六条机械支链分成两组，每一组均设有三条机械支链，其中，第一组中三条机械支链的直线驱动器的运动方向轴线处于同一个平面内，两两机械支链的直线驱动器的运动方向轴线之间成120度角且不交于同一点;第二组中三条机械支链的直线驱动器的运动方向轴线相互平行但不共面，且与第一组中三条机械支链的直线驱动器的运动方向轴线两两正交。

所述第一组中三条机械支链的直线驱动器的运动方向轴线和第二组中三条机械支链的直线驱动器运动方向轴线均为构成每一条机械支链的导轨限定的运动方向轴线。

所述固定机架为固定在地面上的刚性支架;所述运动平台为刚性平台，运动平台的输出为六自由度3-3正交型并联机器人提供六维运动空间。

所述刚性定长连杆两端的铰链可以任意设计为球铰或者是虎克铰，但不能两端都是虎克铰，其中，球铰可以由虎克铰串联转动副组成，或三个转动副串联组成，也可以是直接加工封装而成的球铰。

所述直线驱动器还可以采用齿轮齿条、直线电机、液压油缸或其他公知的直线驱动装置。当采用这些驱动装置时，直线驱动器的运动方向轴线由所采用的机构所限定的(或能提供的)直线运动的方向来确定。