CN102179811A

CN102179811A - 一种混合输入的空间三自由度并联机构

Info

Publication number: CN102179811A
Application number: CN 201110156285
Authority: CN
Inventors: 李彬; 赵新华
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2011-09-14

Abstract

一种混合输入的空间三自由度并联机构，涉及机器人和空间机构技术领域。该机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条支链组成，其中两条支链由运动平台到固定平台分别由转动铰、虎克铰、转动铰，以及它们之间的连杆组成等。本发明的机构其输入方式为混合式输入方式，即其输入为两个转动输入和一个移动输入，运动平台可实现一平动和两转动的运动输出；该机构关节少，运动副自由度总数只有13个，使得它可以有效的改善并联机构因运动副自由度过多而产生的部件加工以及整机装配的精度问题。由于机构的三个驱动副(两个转动铰，一个滑移副)直接与固定平台相接，由此大大减少了机构的运动惯性，从而可以实现机构的高速运动。

Description

一种混合输入的空间三自由度并联机构

【技术领域】

本发明涉及机器人学和空间机构学技术领域，特别涉及一种混合输入的空间三自由度并联机构。

【背景技术】

并联机构是一组有两个或两个以上的分支机构并联而成的机构。它的特点是所有分支机构可同时接受驱动器输入，而最终共同给出输出，在机构学上属于多路闭环机械系统。目前并联机构的驱动输入采取的是单一的驱动方式，即所有驱动要么全部为伸缩式的移动输入，要么就是全部为转动形式的输入方式，而对于既有移动又有转动的混合输入方式的并联机构目前研究的还比较少。随着机构学的研究以及控制技术和计算机技术的发展，并联机构的应用领域势将进一步拓展，这样也必然对并联机构的运动形式提出了更为复杂的要求。在实际应用过程中，对并联机构的运动轨迹与空间的要求有时并不是各向同性的，而可能是在某个方向上需有较大移动行程，而在其它方向又可能要求具有较大的转角等特殊的要求。针对这些需求，目前单一驱动形式的并联机构往往不能完全满足，即便满足应用条件了，也会付出较大的代价：如机构体积做的非常大，或是牺牲了机构的灵活性等。基于此背景，针对混合式输入的空间并联机构得研究应得到机构学界的足够重视，也是满足实际需要所急需解决的问题。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种结构简单、运动副数目少、成本较低、可实现一平动两转动的混合输入的空间三自由度并联机构。

本发明为解决上述问题所采用的方案是设计一种采用混合输入方式的空间三自由度并联机构。该机构由运动平台1、固定平台2和联接上述两平台的三条支链A1B1，A2B2，A3B3组成；其中支链A1B1，A2B2自上而下分别由转动铰R12，R22、虎克铰T1，T2，转动铰R11，R21以及它们之间的连杆L11，L12，L21，L22组成；支链A3B3自上而下分别由虎克铰T32、T31，它们之间的连杆L3以及滑移副H2组成，其中：

所说的连杆L12，L22长度相同，分别通过转动铰R12，R22与运动平台1相联接，连杆L3通过虎克铰T32与运动平台1相联接，且转动铰R12的轴线与A1，A2的连线垂直，转动铰R22的轴线与A1，A2的连线垂直，虎克铰T32的一个转动轴线与A1，A2的连线平行；

所说的连杆L11，L21长度相同，分别通过转动铰R11，R21与固定平台2相联接，连杆L3通过虎克铰T31与滑移副H2相联接，滑移副H2沿导轨H1作直线运动，且转动铰R11的轴线与B1，B2的连线垂直，转动铰R21的轴线与B1，B2的连线垂直，导轨H1方向与B1，B2的连线垂直，且导轨中心线通过B1，B2的中点，虎克铰T31的一个转动轴线与B1，B2的连线平行。

所说的虎克铰T1、T2，其中一个的转动轴线与转动铰R11、R21的轴线平行。

所说的转动铰R11，R21，以及滑移副H2为机构的驱动铰。

所说的运动平台1为等腰直角三角形，并满足：A1A3⊥A2A3。

本发明的有益效果是：

1、机构采取了混合驱动的输入方式，机构工作平台可实现两转动一平动形式的运动输出。

2、机构简单、机构关节少，运动副自由度总数只有13个。

3、机构的驱动副完全放置于固定平台之上，大大减少了机构整体的运动惯性，从而可以实现机构的高速运动。

4、可以有效地改善并联机构因运动副自由度过多而产生的部件加工及装配精度问题。

【附图说明】

图1是本发明的混合输入的空间三自由度并联机构示意图。

以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

【具体实施方式】

实施例1

利用混合输入的驱动方式实现一平动两转动的空间并联机构，且该机构的驱动部分完全放置于固定平台，大大减少了机构整体的运动惯性。该机构由运动平台1、固定平台2和联接上述两平台的三条支链A1B1，A2B2，A3B3组成；其中支链A1B1，A2B2自上而下分别由转动铰R12，R22、虎克铰T1，T2，转动铰R11，R21以及它们之间的连杆L11，L12，L21，L22组成；支链A3B3自上而下分别由虎克铰T31、T31，它们之间的连杆L3以及滑移副H2组成；其中：

所说的转动铰R11，R21，以及滑移副H2为机构的驱动铰.

所说的运动平台1为等腰直角三角形，并满足：A1A3⊥A2A3。

如图1所示，与固定平台相连的转动铰R11，R21，以及滑移副H2为驱动副，前两者通过电机旋转来驱动，后者通过滚珠丝杠来驱动。当各驱动副在控制下运动不同的角度和位移时，其余各转动副、虎克铰则在连杆和运动平台的拉动下，做相应的运动，从而实现运动平台在工作空间内运动。

Claims

1.一种混合输入的空间三自由度并联机构，其特征在于，该机构由运动平台(1)、固定平台(2)和联接上述两平台的三条支链A1B1，A2B2，A3B3组成；其中支链A1B1，A2B2自上而下分别由转动铰R12、R22，虎克铰T1、T2，转动铰R11、R21以及它们之间的连杆L11，L12，L21，L22组成；支链A3B3自上而下分别由虎克铰T32、T31，T32、T31之间的连杆L3以及滑移副H2组成；其中：

所说的连杆L12，L22长度相同，分别通过转动铰R12，R22与运动平台(1)相联接，连杆L3通过虎克铰T32与运动平台(1)相联接，且转动铰R12的轴线与A1，A2的连线垂直，转动铰R22的轴线与A1，A2的连线垂直，虎克铰T32的一个转动轴线与A1，A2的连线平行；

所说的连杆L11，L21长度相同，分别通过转动铰R11，R21与固定平台(2)相联接，连杆L3通过虎克铰T31与滑移副H2相联接，滑移副H2沿导轨H1作直线运动，且转动铰R11的轴线与B1，B2的连线垂直，转动铰R21的轴线与B1，B2的连线垂直，导轨H1方向与B1，B2的连线垂直，且导轨中心线通过B1，B2的中点，虎克铰T31的一个转动轴线与B1，B2的连线平行。

2.如权利要求1所述的混合输入的空间三自由度并联机构，其特征在于，所说的虎克铰T1、T2，其中一个的转动轴线与转动铰R11、R21的轴线平行。

3.如权利要求1所述的混合输入的空间三自由度并联机构，其特征在于，所说的转动铰R11、R21，以及滑移副H2为机构的驱动铰。

4.如权利要求1所述的混合输入的空间三自由度并联机构，其特征在于，所说的运动平台(1)为等腰直角三角形，并满足：A1A3⊥A2A3。