CN100344418C - 一种具有被动约束分支的二自由度并联机构 - Google Patents

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Abstract

一种具有被动约束分支的二自由度并联机构，包括静平台和动平台，静平台平行于动平台，静平台和动平台通过两组定长的主动分支和两根可伸缩的被动约束分支连接，静平台上开设有沟槽，沟槽内设有带伺服电机的丝杆，丝杆上安装有两块滑块，主动分支的两端分别通过铰轴与滑块及动平台连接；被动约束分支由伸缩杆及套筒杆组成，伸缩杆可滑动地套于套筒杆内，被动约束分支的两端分别通过球铰与静平台及动平台连接。其有益效果在于：1.一定程度上消除了并联机构空间奇异性，可通过被动约束分支提高机构加工时的侧向承载能力。2.被动约束分支和主动分支的运动之间不存在耦合关系，可分别进行控制，运动解耦简单。

Description

一种具有被动约束分支的二自由度并联机构
(一)技术领域
本发明属于机器人和机械制造领域，具体涉及一种具有被动约束分支的二自由度并联机构。
(二)背景技术
近年来，空间并联机器人已经引起了国内外学者的广泛兴趣。与串联机器人相比，并联机器人具有刚度大、负荷自重比高、惯性小，位置误差不累积等特点，在飞行器、汽车驾驶等运动模拟，高精度数控加工、微传感器等技术领域获得广泛应用。最早的空间六自由度并联机器人是基于Stewart于1965年提出的6-SPS机构。为了丰富和发展并联机器人的结构形式，许多研究机构的学者作了大量有益的工作。机器人的发展提出要使用便宜、简单的各种少自由度并联机器人。近年来，一些少自由度并联机构成为新的研究热点。由于这种机器人具有结构简单、造价低等特点，在工业生产及其他领域有着广阔的应用前景。目前基于串并混联、内外副混合驱动或纯并联的少自由度机构的并联机床正逐渐受到人们的青睐。
但现有的少自由度并联机构以及少自由度混联机器人存在空间奇异性，通常存在机构重量/能承受动载荷比小、侧向刚度小，动力学性能差的缺点；特别是现有的平面机构，不能承受垂直运动平面方向载荷(侧向载荷)，而加工过程如端面铣削、车削等可避免出现各个方向的载荷，因此不能满足加工过程对动刚度的要求。
(三)发明内容
为了克服现有技术中少自由度并联机构侧向载荷承受能力差、不能满足加工过程中的动刚度要求的不足，本发明提供一种可在一定程度是上消除并联机构空间奇异性、侧向刚度大且可调、精度高的具有被动约束分支的二自由度并联机构。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种具有被动约束分支的二自由度并联机构，包括静平台和动平台，所述的静平台平行于所述的动平台，所述的静平台和动平台通过两组定长的主动分支和两根可伸缩的被动约束分支连接，两组主动分支所在平面与两根被动约束分支所在平面垂直；所述的静平台上开设有沟槽，所述的沟槽内设有带伺服电机的丝杆，所述的丝杆上安装有两块滑块，所述主动分支的两端分别通过铰轴与所述的滑块及动平台连接；所述的被动约束分支由伸缩杆及套筒杆组成，所述的伸缩杆可滑动地套于所述的套筒杆内，被动约束分支的两端分别通过球铰与所述的静平台及动平台连接。
进一步，每组主动分支由两根定长杆组成。
进一步，所述的主动分支及被动约束分支呈由动平台向静平台散射状。
进一步，所述的两组主动分支等长，所述的两根被动约束分支也等长。
进一步，所述的两根被动约束采用电磁式可控阻尼杆，所述的电磁式可控阻尼杆内安装有用于控制其刚度的传感器和电子控制器。
本发明在工作时在动平台上安装终端执行器，通过伺服电机驱动丝杆移动，带动主动分支移动，从而带动动平台实现二自由度运动，动平台姿态稳定，且始终与静平台平行，两根被动约束分支可提高结构加工时的侧向承载能力。
本发明的有益效果在于：1.动平台姿态稳定，且始终与静平台平行，一定程度上消除了并联机构空间奇异性，可通过被动约束分支提高机构加工时的侧向承载能力，并且可以通过调节阻尼杆刚度，适应不同加工工况时受到的不断变化的侧向载荷，提高加工精度。2.被动约束分支和主动分支的运动之间不存在耦合关系，可分别进行控制，运动解耦简单，制造成本低，刚度大、精度高、承载能力/机构自身重量比高、工作空间大，易于与串联分支组成混联机床，实现螺旋面、椭球面等近似规则空间曲面或自由曲面的加工。
(四)附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的运动状态示意图。
图3是实施例二中本发明的应用图。
图4是实施例三中本发明的应用图。
(五)具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
                        实施例一
参照图1、2，一种具有被动约束分支的二自由度并联机构，包括静平台1和动平台2，所述的静平台1平行于所述的动平台2，所述的静平台1和动平台2通过两组定长的主动分支3和两根可伸缩的被动约束分支连接，两组主动分支3所在平面与两根被动约束分支所在平面垂直，所述的主动分支3及被动约束分支呈由动平台2向静平台1散射状。两组主动分支3等长，每组主动分支由两根定长杆组成。所述的两根被动约束也等长，每根被动约束分支由伸缩杆4及套筒杆5组成，且均采用电磁式可控阻尼杆，电磁式可控阻尼杆内安装有用于控制其刚度的传感器和电子控制器，所述的伸缩杆4可滑动地套于所述的套筒杆5内，被动约束分支的两端分别通过球铰与所述的静平台1及动平台2连接。
所述的静平台上开设有沟槽，所述的沟槽内设有带伺服电机6的丝杆7，所述的丝杆7上安装有两块滑块8，所述主动分支3的两端分别通过铰轴与所述的滑块8及动平台2连接。
本发明在工作时在动平台上安装终端执行器9，通过伺服电机6驱动丝杆7移动，带动主动分支3移动，从而带动动平台2实现二自由度运动，动平台2姿态稳定，且始终与静平台1平行，两根被动约束分支可提高结构加工时的侧向承载能力。
                        实施例二
参照图3，将实施例一所述的具有被动约束分支的二自由度并联机构应用于混联机器人：
将实施例一所述的具有被动约束分支的二自由度并联机构作为一个模块，置于连接机架10和转动平台11之上。该转动平台11可有多种形式，如：转动平台沿垂直方向移动，调节二自由度并联机构的工作高度，或者转动平台绕自身立柱轴线转动等。
                        实施例三
参照图4，将实施例一所述的具有被动约束分支的二自由度并联机构应用于混联机器人：
将实施例一所述的具有被动约束分支的二自由度并联机构固定在垂直滑台12之上，垂直滑台12沿水平方向移动，扩大作业范围，通过合理规划垂直滑台12移动路径克服并联机构工作空间小和姿态有限等缺点。

Claims (5)

1.一种具有被动约束分支的二自由度并联机构，包括静平台和动平台，其特征在于：所述的静平台平行于所述的动平台，所述的静平台和动平台通过两组定长的主动分支和两根可伸缩的被动约束分支连接，两组主动分支所在平面与两根被动约束分支所在平面垂直；
所述的静平台上开设有沟槽，所述的沟槽内设有带伺服电机的丝杆，所述的丝杆上安装有两块滑块，所述主动分支的两端分别通过铰轴与所述的滑块及动平台连接；
所述的被动约束分支由伸缩杆及套筒杆组成，所述的伸缩杆可滑动地套于所述的套筒杆内，被动约束分支的两端分别通过球铰与所述的静平台及动平台连接。
2.如权利要求1所述的具有被动约束分支的二自由度并联机构，其特征在于：每组主动分支由两根定长杆组成。
3.如权利要求1或2所述的具有被动约束分支的二自由度并联机构，其特征在于：所述的主动分支及被动约束分支呈由动平台向静平台散射状。
4.如权利要求3所述的具有被动约束分支的二自由度并联机构，其特征在于：所述的两组主动分支等长，所述的两根被动约束分支也等长。
5.如权利要求4所述的具有被动约束分支的二自由度并联机构，其特征在于：所述的两根被动约束采用电磁式可控阻尼杆，所述的电磁式可控阻尼杆内安装有用于控制其刚度的传感器和电子控制器。
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