[发明专利]一种带有可转轴线机械臂的并联机构及运动方法

说明书

本发明涉及一种带有可转轴线机械臂的并联机构及运动方法，包括静平台、动平台，以及连接静平台和动平台的三条支链；三条支链为两段相互套接的连杆，三条支链底部设驱动部件；还包括设于动平台上的可转轴线机械臂，和可转轴线机械臂上的锁止装置；通过三条支链底部驱动部件的推出、缩回，动平台上升或摆动，带动可转轴线机械臂绕其轴线旋转或摆至指定位置。本发明将可转轴线机械臂、柔索和回程座与传统3‑RPS并联机构结合，形成一种六工况变胞并联机构，与一般并联机构相比，工作空间更大，环境适应能力更强，可应用于防爆要求较高的如煤矿井下、航天设备中。

技术领域

本发明属于机械臂转动机构，具体涉及一种既可以实现两转一移、又可以实现末端机械臂转动的带有可转轴线机械臂并联机构及运动方法。

背景技术

并联机构以其运动精度高、响应速度快以及承载能力大等优点，在数控机床、工业振动筛、喷涂机器人以及卫星天线等领域得到了广泛应用。在实际应用中有相当数量的操作任务所要求的自由度数少于6，此时采用合适的少自由度并联机器人，可以有效地节省系统设计、制造、控制和维护方面的成本。自1983年，Hunt首次提出3-RPS并联机构，这种机构引起广泛的关注。但这种机构只能实现动平台绕X轴、Y轴的旋转和沿Z轴方向的平移，不能实现动平台绕Z轴的转动。广东工业大学的张国英提出的一种类球面并联腕部机构，虽然能够实现静、动平台之间对称面任意轴和点连续转动，但不能实现在动平台在Z轴方向的平移。天津工业大学的畅博彦，提出的并联式球面变胞机构，虽然能解决以上问题，但其工作空间较小。上述几类机构由于环境适应能力差，应用范围均受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计新颖、结构紧凑合理、易封装、使用操作便捷、实用性强、便于广泛使用的一种新型并联机构及其运动方法。本并联机构将可转轴线机械臂、柔索和回程座与传统3-RPS并联机构结合，形成一种六工况变胞并联机构，比同类机构的工作空间更大，具有宽广的应用前景。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明提供了一种带有可转轴线机械臂的并联机构，包括静平台、动平台，以及连接静平台和动平台的三条支链；三条支链为两段相互套接的连杆，三条支链底部设驱动部件；

还包括设于动平台上的可转轴线机械臂，可转轴线机械臂通过柔索连接回程座，回程座与静平台相连；在动平台上设有限定可转轴线机械臂相对于动平台转动的锁止装置；

通过三条支链底部驱动部件的推出、缩回，动平台上升或摆动，带动可转轴线机械臂绕其轴线旋转或摆至指定位置。

作为优选，所述三条支链结构相同，关于静平台和动平台中心对称；每条支链中包括相互套接的上连杆和下连杆，上连杆顶部通过球面副与动平台相连，下连杆底部通过转动副与静平台相连。

作为优选，所述三条支链底部驱动部件为直线气缸、液压缸、电推杆或电缸。

作为优选，所述动平台中心有一个带有半球形的凸起的圆孔，可转轴线机械臂从圆孔中穿过，机械臂外表面设有截面为半圆形的螺旋槽，圆孔的内凸起嵌入螺旋槽中沿螺旋槽运动，带动可转轴线机械臂转动。

作为优选，所述柔索包括索段和两端部锥度相同的锥台型结构，连接可转轴线机械臂一端为外锥台型结构，连接回程座一端为内锥台型结构。

作为优选，所述锁止装置包括电磁阀、锁定弧板、弹簧和锁定基座；锁定弧板设在锁定基座内，连接在电磁阀上的弹簧穿过锁定基座位于锁定弧板后面，锁定弧板内弧面与可转轴线机械臂外表面相接。

作为优选，所述回程座的中心轴线和静平台的中心轴线重合。

本发明进而提供了一种带有可转轴线机械臂的并联机构的运动方法，三条支链在底部驱动部件驱动相互套接的连杆工作时，包括以下六种情况：