CN101049698A

CN101049698A - 用于并联运动装备的三自由度空间机构

Info

Publication number: CN101049698A
Application number: CN 200710022283
Authority: CN
Inventors: 沈惠平; 杨廷力
Original assignee: Jiangsu Polytechnic University
Current assignee: Jiangsu Polytechnic University
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2007-10-10

Abstract

用于并联运动装备(振动筛、娱乐设备、机床、机器人等)的三自由度空间并联机构，由动平台、静平台、一条广义支路和一条一般支路组成，动平台通过广义支路、一般支路与静平台联接；广义支路由一个具有五个单自由度运动副组成的平面五杆机构的连杆上再串联一个转动副组成；而一般支路由两个球副和一个单自由度的运动副串联而成，而这二个球副之一也可用一个万向节来替代。控制静平台上三个单自由度运动副的运动时，动平台就可获得一个独立的平移及二个独立的转动输出；当在动平台上固结振动筛筛框、娱乐平台、操作手等时，就可产生这种相应并联运动装备所需的三个独立空间运动。该机构具有结构较简单、控制解耦、易于制造加工等优点。

Description

用于并联运动装备的三自由度空间机构

技术领域

本发明涉及一种并联运动装备的执行机构，具体的说，是为并联结构的并联运动振动筛、并联运动娱乐设备、并联机器人等提供一种新型的三自由度空间并联机构。

背景技术

目前最典型的传统的振动筛主要是圆振动筛和直线振动筛，由惯性激振器来产生振动，结构复杂，其运动轨迹近似为圆或直线，由于均为一维运动，且振幅小(一般小于10mm)，物料翻转不充分，筛孔易被“筛粒”卡住，从而导致筛分效率较低。

并联运动娱乐设备或并联机器人、并联机床是指以并联机构为执行机构的装置。目前的并联机构一般为传统的Stewart机构及其改进型，这种机构主要由基座、运动平台和连杆组成，基座和运动平台之间由连杆相连，连杆两端分别为球副和万向节。该机构通常有若干根连杆组成，但连杆的长度可调，通过控制连杆的长度，改变平台在空间的位姿。但这类机构有很多关键性技术没能完全解决。如，(1)运动学正解困难；(2)运动平台位姿是输人的强耦合，不利于控制；(3)机构复杂，使其工作空间较小；(4)制造高精度球副困难等。当然，国内外也提出发明了一些结构简单、制造相对容易的新型少自由度并联机构。

申请号2006100881264提供了一种用于并联运动装备的二自由度空间机构，其平台的输出运动为一个独立平移、一个独立转动以及一个非独立转动，其中的那个非独立转动是衍生的，为非可控制性，这样，在需要有三个独立自由度的场合，该机构就不能完成相应的工作，因此，为满足各种不同需求的并联运动装备的发展和实用化，必须提供三个独立自由度的并联机构。

发明内容

本发明目的是提供一种独立三自由度的空间并联机构，该机构具有以下特点：(1)机构工作平台具有独立的一平移和二转动运动输出；(2)机构存在过约束回路，其刚性好、结构较简单、制造容易；(3)运动学正解简单，且存在控制解耦性。(4).三个原动件可独立控制，以满足各种所需要的空间运动规律。若该机构作为振动筛框产生空间运动的主机构时，能使筛分物料产生理想的空间运动规迹，即沿垂直方向上的一维直线运动以及沿其他二个平面轴的摇摆运动：一个直线平动能使筛框中间的颗粒易跳起；而两个摇摆运动使筛框边沿的物料充分翻转，减少了筛孔被“筛粒”卡住的现象，从而提高了各区段的筛分效率和整个筛机的生产率，克服了典型的传统圆振动筛或直线振动筛上述缺点。并联运动振动筛充分利用了并联运动机构固有的刚性好、振动度高、振动范围大、动态性能好、结构简单等优点。

该机构也可用于并联运动娱乐设备、并联机器人或并联机床，产生所需的空间运动。总之，本发明为并联运动振动筛、娱乐设备、并联机器人或并联机床等装备提供了新机型。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。

附图1为本发明的结构示意图。它由动平台1、静平台0、一条广义支路和一条一般支路组成，广义支路由一个具有五个单自由度转动副R₁、R₂、R₅、R₄、R₃组成的二自由度平面五杆机构的连杆上再串联一个转动副R₆组成，而一般支路由两个球副S₂、S₁和一个单自由度的转动副R₇串联而成；广义支路的一端与动平台1通过转动副R₆机械连接，另二端与静平台0通过转动副R₁、R₃机械联接；一般支路的一端与动平台1通过球副S₂连接，另一端与静平台0通过转动副R₇机械联接；所说的动平台上的二个端点R₆和S₂不在同一点上，所说的静平台0上的三个端点R₁、R₃、R₇不在一条直线上，其中，转动副R₁、R₃轴线需相互平行配置，而转动副R₇的轴线与转动副R₁、R₃轴线无需相互平行。

静平台0上的转动副R₁、R₃、R₇可用移动副来替代，球副S₂或S₁也可用万向节来替代。

控制静平台0上三个驱动关节R₁、R₃、R₇的运动时，动平台1就可获得沿YOZ平面内的一维运动轨迹、绕R₂-R₅连线的独立转动以及绕垂直于YOZ平面的X轴的独立转动，从而实现一平移及二转动的独立输出，该种并联机构的结构设计及驱动控制等均可按常规机电技术进行设计和安装。可满足并联运动振动筛、娱乐设备、并联机器人或并联机床等所需的空间运动。

Claims

1.一种可用于并联运动装备的三自由度空间并联机构，由动平台、静平台、一条广义支路和一条一般支路组成，动平台通过这二条支路与静平台联接，形成空间并联闭合回路；其特征在于广义支路由一个具有五个单自由度运动副组成的二自由度平面五杆机构的连杆上再串联一个转动副组成，而一般支路由两个球副和一个单自由度的运动副串联而成；其中广义支路的一端与动平台通过转动副连接，另二端与静平台通过二个单自由度运动副联接；而一般支路的一端与动平台通过球副连接，另一端与静平台通过一个单自由度运动副联接；所说的动平台上的二个端点不在同一点上，所说的静平台上的三个端点不在一条直线上。

2.一种可用于并联运动装备的三自由度空间并联机构，由动平台、静平台、一条广义支路和一条一般支路组成，动平台通过这二条支路与静平台联接，形成空间并联闭合回路；其特征在于广义支路由一个具有五个单自由度运动副组成的二自由度平面五杆机构的连杆上再串联一个转动副组成，而一般支路由一个球副、一个万向节和一个单自由度的运动副串联而成；其中广义支路的一端与动平台通过转动副连接，另二端与静平台通过二个单自由度运动副联接；而一般支路的一端与动平台通过球副或万向节连接，另一端与静平台通过一个单自由度运动副联接；所说的动平台上的二个端点不在同一点上，所说的静平台上的三个端点不在一条直线上。