CN101623866B - 五自由度双重驱动并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于并联机构领域，特别涉及一种五自由度双重驱动并联机构。其特征是：该机构由定平台(1)、动平台(5)、中间PRPUR运动分支以及分布四周的四个结构相同的PSPS运动分支构成；PSPS运动分支中的两个驱动副分别为与定平台(1)连接的下移动副(P1)和上球副(S1)、下球副(S2)之间的上移动副(P2)；中间PRPUR运动分支的两个驱动副为与定平台(1)连接的中间下移动副(P3)和与虎克铰(U)连接的中间上移动副(P4)。本发明可以实现空间三维移动和两维转动，具有结构相对简单、工作空间大、灵活性高等特点，可以用于开发大工作空间、高精度的宏/微双重驱动机器人。

Description

五自由度双重驱动并联机构
技术领域
本发明属于并联机构领域，特别涉及一种五自由度双重驱动并联机构。
背景技术
随着生物工程、军事工程、光通讯工程、显微外科手术、微装配、光纤对接、CCD对接等科学技术领域的发展，对机器人系统的提出了更高的要求，特别是要求机器人系统在相对较大的工作空间里具有较高的精度和较低的惯量。传统的采用单一驱动副的机器人系统已经难以胜任上述的要求，而宏/微双重驱动机器人系统具有的大工作空间、高灵活性、低惯量和高精度等特点使得其成为研究的热点。然而现有的宏/微双重驱动机器人系统大多是直接对两个单一驱动机器人系统的串联，这类机构结构复杂使其应用受到了限制。
中国专利ZL200410013627.7中公开了一种六自由度宏/微双重驱动并联机构，该系统集成了6-PSS和6-SPS两种并联机构，可以在立方厘米级的工作空间内达到纳米级的运动精度。少自由度双重驱动并联机构和六自由度双重驱动并联机构相比，具有机械机构简单、制造控制成本相对较低等优点。然而，如何合理配置机构的两组驱动副、保证动平台的自由度特征和约束特性是少自由度双重驱动并联机构型综合的难点和关键。
发明内容
为了能够克服现有技术的不足，本发明提出一种五自由度双重驱动并联机构，它不同于将两种并联机构直接串联的机构，而是融合了4-PSS/PRUR并联机构与4-SPS/RPUR并联机构于一体，形成了一个4-PSPS/PRPUR五自由度双重驱动并联机构。该机构具有结构相对简单、工作空间大，灵活性高等特点。
本发明所采用的技术方案为：一种五自由度双重驱动并联机构，该并联机构包括定平台、动平台、中间PRPUR运动分支以及分布四周的四个PSPS运动分支。所述四个PSPS运动分支具有相同的结构，均包括下连杆、中连杆和上连杆。所述中间PRPUR运动分支包括中间下连杆、中间丁字连杆、中间中连杆和中间上连杆。PSPS运动分支中的两个驱动副分别为下移动副和上移动副；中间PRPUR运动分支的两个驱动副为中间下移动副和中间上移动副。下移动副和中间下移动副构成第一组驱动副，上移动副和中间上移动副构成第二组驱动副。两组驱动副可以单独驱动使动平台运动，也可以同时驱动使动平台运动。但无论采用哪种驱动方式，动平台的运动特性均不变，即动平台均可实现空间的三维移动和两维转动。
本发明提供的五自由度双重驱动并联机构，充分利用了并联机构的结构特点，融合了4-PSS/PRUR并联机构与4-SPS/RPUR并联机构，相对传统的直接对两个单一驱动机器人系统串联的双重驱动机器人系统而言其结构更简单、紧凑。在实际应用中有时并不需要机器人系统具有空间六个自由度，而少自由度并联机构相对六自由度并联机构其结构简单，控制相对容易。五自由度双重驱动并联机构集成了双重驱动机器人系统和少自由度并联结构的优点，具有很好的应用前景。
附图说明
图1是五自由度双重驱动并联机构的结构示意图；
图2是五自由度双重驱动并联机构的机构简图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的说明。
本实施例的五自由度双重驱动并联机构如图1和图2所示，该机构由定平台1、动平台5、中间PRPUR运动分支以及分布四周的四个PSPS运动分支组成。四个PSPS运动分支具有相同的结构，定平台1通过下移动副P1与下连杆2连接，下连杆2通过下球铰S1与中连杆3连接，中连杆3通过上移动副P2与上连杆4连接，上连杆4通过上球铰S2与动平台5连接，下移动副P1的轴线垂直于定平台1所在的平面。中间PRPUR运动分支中定平台1通过中间下移动副P3与中间下连杆6连接，中间下连杆6通过中间下转动副R1与中间丁字连杆7连接，中间丁字连杆7通过中间上移动副P4与中间中连杆8连接，中间中连杆8通过虎克铰U与中间上连杆9连接，中间上连杆9通过中间上转动副R2与动平台5连接。中间下移动副P3的轴线垂直与定平台1所在的平面，中间下转动副R1的轴线与虎克铰U中连接于中间上移动副P4的转动副的轴线平行，中间上转动副R2的轴线与虎克铰U中另一个转动副的轴线平行，中间下移动副P3的轴线与中间下转动副R1的轴线垂直，中间上移动副P4的轴线与中间下转动副R1的轴线垂直。PSPS运动分支中的两个驱动副分别为下移动副P1和上移动副P2；中间PRPUR运动分支的两个驱动副为中间下移动副P3和中间上移动副P4。
本发明提供的五自由度双重驱动并联机构，充分利用了双重驱动机器人系统和少自由度并联机构的结构特点，具有结构简单、工作空间大、灵活性高等优点，在要求有大行程、高精度的宏/微双重驱动机器人系统等场合具有很好的应用前景。
本发明的具体实施方式不仅限于实施例中的形式，根据本发明公开的内容，所属技术领域的技术人员还可以采取其他的具体方式进行实施，因此，实施例不能理解为是本发明仅可以实施的具体实施方式。

Claims (3)

1.一种五自由度双重驱动并联机构，其特征在于：该机构包括定平台(1)、动平台(5)、中间PRPUR运动分支以及分布四周的四个结构相同的PSPS运动分支；下移动副(P1)和上移动副(P2)为PSPS运动分支的两个驱动副；中间下移动副(P3)和中间上移动副(P4)为中间PRPUR运动分支的两个驱动副；
所述中间PRPUR运动分支包括中间下连杆(6)、中间丁字连杆(7)、中间中连杆(8)和中间上连杆(9)，定平台(1)通过中间下移动副(P3)与中间下连杆(6)连接，中间下连杆(6)通过中间下转动副(R1)与中间丁字连杆(7)连接，中间丁字连杆(7)通过中间上移动副(P4)与中间中连杆(8)连接，中间中连杆(8)通过虎克铰(U)与中间上连杆(9)连接，中间上连杆(9)通过中间上转动副(R2)与动平台(5)连接；
所述PSPS运动分支包括下连杆(2)、中连杆(3)和上连杆(4)，定平台(1)通过下移动副(P1)与下连杆(2)连接，下连杆(2)通过下球铰(S1)与中连杆(3)连接，中连杆(3)通过上移动副(P2)与上连杆(4)连接，上连杆(4)通过上球铰(S2)与动平台(5)连接。
2.根据权利要求1所述的五自由度双重驱动并联机构，其特征在于：
所述中间下移动副(P3)的轴线垂直于定平台(1)所在的平面，中间下转动副(R1)的轴线与虎克铰(U)中连接于中间上移动副(P4)的转动副的轴线平行，中间上转动副(R2)的轴线与虎克铰(U)中另一个转动副的轴线平行。
3.根据权利要求1所述的五自由度双重驱动并联机构，其特征在于：
所述下移动副(P1)的轴线垂直于定平台(1)所在的平面。 
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