CN102581843A

CN102581843A - 一种全解析六自由度部分解耦并联操作装置

Info

Publication number: CN102581843A
Application number: CN2012100600529A
Authority: CN
Inventors: 沈惠平; 余同柱; 邓嘉鸣; 杨廷力
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2012-07-18

Abstract

一种全解析六自由度部分解耦并联操作装置，包括动平台(1)、静平台(0)及联接在动平台(1)、静平台(0)之间的简单支链一、第一混合支链和第二混合支链，简单支链一为R-S-S型支链；第一混合支链由R-S-S型简单支链二及简单支链三组成，且简单支链二的两端的球副三(S₁₃′)、转动副二(R₁₁)分别在动平台(1)、静平台(0)上，而简单支链三的两端的球副四(S₁₃)、转动副三(R₁₅)分别在构成简单支链二的构件一(2)、静平台(0)上；第二混合支链由R-S-S型简单支链四、简单支链五、简单支链六组成，且简单支链四的两端的球副五(S₂₃″)、转动副四(R₂₆)分别在动平台(1)、静平台(0)上，简单支链五的两端的球副六(S₂₃)、转动副五(R₂₁)，以及简单支链六的两端的球副七(S₂₃′)、转动副六(R₂₅)均分别在构成简单支链四的构件二(3)、静平台(0)上。控制机构中的六个转动副，即可获得动平台三维平移和三维转动输出。

Description

一种全解析六自由度部分解耦并联操作装置

技术领域

本发明涉及一种机器人和智能装备的执行机构，具体地说是为机器人和并联机床等装备提供一种新型的全解析六自由度部分解耦并联操作装置。

背景技术

并联机构在机器人、虚拟轴机床、坐标测量机、仿真平台等领域获得了广泛应用，6自由度Stewart并联机床，被认为是二十世纪以来机床结构的一次革命；并联结构的虚轴坐标测量机(含测量划线机)，也是近年来科学测量仪上的一个重大进展，它具有结构刚性大、运动速度高、误差不叠加等独特性，可使测量精度及测量效率等性能得到很大改善。目前，对于6-SPS和6-RSS机构来说，其末端执行器的空间位姿比较灵活，且承载大、刚度好，但其末端执行器的运动学求解非常困难，无法得到正解解析解，因此，应用范围受到影响。

因此，解耦性好(全解耦或部分解耦)、易得正解解析解、工作空间大且不易干涉、制造装配容易的6-dof并联机构机型，是机构学界长期未能得到解决的并联机构研究领域中挑战性最强的难题之一，需要创造出性能优于现有机构的新机型。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的缺点，其技术方案是：一种全解析六自由度部分解耦并联操作装置，包括动平台(1)、静平台(0)及联接在动平台(1)、静平台(0)之间的简单支链一、第一混合支链和第二混合支链，其特征在于简单支链一为由转动副一(R₃₁)、球副一(S₃₂)、球副二(S₃₃)串联组成的R-S-S型支链，其球副二(S₃₃)、转动副一(R₃₁)分别在动平台(1)、静平台(0)上；第一混合支链由R-S-S型简单支链二(R₁₁-S₁₂-S₁₃′)及简单支链三(R₁₅-S₁₄-S₁₃)组成，且简单支链二的两端的球副三(S₁₃′)、转动副二(R₁₁)分别在动平台(1)、静平台(0)上，而简单支链三的两端的球副四(S₁₃)、转动副三(R₁₅)分别在构成简单支链二的构件一(2)、静平台(0)上；第二混合支链由R-S-S型简单支链四(R₂₆-S₂₇-S₂₃″)、简单支链五(R₂₁-S₂₂-S₂₃)、简单支链六(R₂₅-S₂₄-S₂₃′)组成，且简单支链四的两端的球副五(S₂₃″)、转动副四(R₂₆)分别在动平台(1)、静平台(0)上，简单支链五的两端的球副六(S₂₃)、转动副五(R₂₁)分别在构成简单支链四的构件二(3)、静平台(0)上，简单支链六的两端的球副七(S₂₃′)、转动副六(R₂₅)也分别在构成简单支链四的构件二(3)、静平台(0)上；进一步，动平台(1)上分别具有的球副二(S₃₃)、球副三(S₁₃′)、球副五(S₂₃″)不在一条直线上。

同时，静平台(0)上的转动副一(R₃₁)、转动副二(R₁₁)、转动副三(R₁₅)、转动副四(R₂₆)、转动副五(R₂₁)和转动副六(R₂₅)可任意布置，且均可用移动副(P)替换。

控制静平台(0)上的六个转动副或移动副，即可获得动平台三维平移和三维转动输出。该机构部分解耦，但易求得运动学正反解析解，可作为变姿态灵活、承载大、刚度好的新型并联机床或机器人等智能装备的执行机构。

附图说明

附图1为本发明第一个实施例的结构示意图。

附图2为本发明第二个实施例的结构示意图。

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所示为本发明的第一个实施例，一种全解析六自由度部分解耦并联操作装置，包括动平台1、静平台0及联接在动平台1、静平台0之间的简单支链一、第一混合支链和第二混合支链，简单支链一为由转动副一R₃₁、球副一S₃₂、球副二S₃₃串联组成的R-S-S型支链，其球副二S₃₃、转动副一R₃₁分别在动平台1、静平台0上；第一混合支链由R-S-S型简单支链二R₁₁-S₁₂-S₁₃′及简单支链三R₁₅-S₁₄-S₁₃组成，且简单支链二的两端的球副三S₁₃′、转动副二R₁₁分别在动平台1、静平台0上，而简单支链三的两端的球副四S₁₃、转动副三R₁₅分别在构成简单支链二的构件一2、静平台0上；第二混合支链由R-S-S型简单支链四R₂₆-S₂₇-S₂₃″、简单支链五R₂₁-S₂₂-S₂₃、简单支链六R₂₅-S₂₄-S₂₃′组成，且简单支链四的两端的球副五S₂₃″、转动副四R₂₆分别在动平台1、静平台0上，简单支链五的两端的球副六S₂₃、转动副五R₂₁分别在构成简单支链四的构件二3、静平台0上，简单支链六的两端的球副七S₂₃′、转动副六R₂₅也分别在构成简单支链四的构件二3、静平台0上；进一步，动平台1上分别具有的球副二S₃₃、球副三S₁₃′、球副五S₂₃″不在一条直线上。静平台0上的转动副一R₃₁、转动副二R₁₁、转动副三R₁₅、转动副四R₂₆、转动副五R₂₁和转动副六R₂₅为驱动副。

附图2为本发明第二个实施例的结构示意图，静平台0上的6个驱动副分别为移动副一P₃₁、移动副二P₁₁、移动副三P₁₅、移动副四P₂₆、移动副五P₂₁和移动副六P₂₅，其余结构和附图1的结构完全相同。

控制上述三个机构中静平台0上的六个转动副或移动副，即可获得动平台三维平移和三维转动输出。

该三种机构部分解耦，但正解为全解析，控制容易，可作为变姿态灵活、承载大、刚度好的新型并联机床或机器人等智能装备的执行机构。

Claims

1.一种全解析六自由度部分解耦并联操作装置，包括动平台(1)、静平台(0)及联接在动平台(1)、静平台(0)之间的简单支链一、第一混合支链和第二混合支链，其特征在于简单支链一为由转动副一(R₃₁)、球副一(S₃₂)、球副二(S₃₃)串联组成的R-S-S型支链，其球副二(S₃₃)、转动副一(R₃₁)分别在动平台(1)、静平台(0)上；第一混合支链由R-S-S型简单支链二(R₁₁-S₁₂-S₁₃′)及简单支链三(R₁₅-S₁₄-S₁₃)组成，且简单支链二的两端的球副三(S₁₃′)、转动副二(R₁₁)分别在动平台(1)、静平台(0)上，而简单支链三的两端的球副四(S₁₃)、转动副三(R₁₅)分别在构成简单支链二的构件一(2)、静平台(0)上；第二混合支链由R-S-S型简单支链四(R₂₆-S₂₇-S₂₃″)、简单支链五(R₂₁-S₂₂-S₂₃)、简单支链六(R₂₅-S₂₄-S₂₃′)组成，且简单支链四的两端的球副五(S₂₃″)、转动副四(R₂₆)分别在动平台(1)、静平台(0)上，简单支链五的两端的球副六(S₂₃)、转动副五(R₂₁)分别在构成简单支链四的构件二(3)、静平台(0)上，简单支链六的两端的球副七(S₂₃′)、转动副六(R₂₅)也分别在构成简单支链四的构件二(3)、静平台(0)上；进一步，动平台(1)上分别具有的球副二(S₃₃)、球副三(S₁₃′)、球副五(S₂₃″)不在一条直线上。

2.按照权利要求1所述的全解析六自由度部分解耦并联操作装置，其特征在于静平台(0)上的转动副一(R₃₁)、转动副二(R₁₁)、转动副三(R₁₅)、转动副四(R₂₆)、转动副五(R₂₁)和转动副六(R₂₅)可任意布置，且均可用移动副(P)替换。