CN102626921A - 含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构 - Google Patents
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Abstract
一种含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构，其有动、定两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的活动分支。每个分支由一个移动副、两个转动副以及一个两自由度平面子链构成。平面子链中的转动副相互平行，移动副与转动副相互垂直。平面子链中的转动副与定平台或动平台平行布置。该机构具有两个转动自由度和一个移动自由度，其分支中以及各分支之间都没有任何汇交的轴线，结构非常简单，加工制造比较方便，具有很广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种并联机构，特别涉及一种具有两个转动自由度和一个移动自由度的空间少自由度并联机构。
背景技术
并联机器人与串联机器人相比，具有刚度大、运动速度快、精度高等优点，在机械工业领域具有广泛的应用。Hunt在1983年提出了一种3-RPS三自由度并联机构，具有两个转动自由度和一个垂直于定平台的移动自由度（K.H. Hunt, Structural Kinematics of In-Parallel-Actuated Robot-Arms, Journal of Mechanisms Transmissions and Automation in Design, 105 (1983) 705-705），这种机构后来得到了广泛的关注和应用。与3-RPS具有类似运动性质的3-PRS三自由度并联机构已经成功应用于机床主轴的设计。
但传统的分支结构中或者含有球面副，或者含有多个空间汇交于一点的转动副。这样的分支结构为实际加工制造带来很大的困难，难以保证精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构。本发明主要是由动、定两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的活动分支构成，每个分支由一个移动副、两个转动副以及一个两自由度平面子链构成。上述两自由度平面子链是指由两个运动副以一定的连接方式组合在一起，相互之间只发生平面运动的运动链，其可以由两个相互平行的转动副构成，也可以由相互垂直的一个转动副和一个移动副构成。每个活动分支中的两自由度平面子链、两个转动副以及一个移动副有以下六种连接方式。
第一种连接方式，每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连的两自由度平面子链，一个中间转动副，一个中间移动副以及一个与动平台相连的动平台转动副；平面子链中的转动副与定平台平行，中间转动副轴线与中间移动副相互平行，中间转动副轴线与平面子链中的转动副轴线相互垂直，动平台转动副的轴线与中间移动副不相互平行，动平台转动副可以与动平台垂直、平行或倾斜布置。
第二种连接方式，每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台转动副，一个中间移动副，一个中间转动副以及一个与动平台相连的两自由度平面子链。平面子链中的转动副与动平台平行，中间转动副轴线与中间移动副相互平行，中间转动副轴线与平面子链中的转动副轴线相互垂直，定平台转动副的轴线与中间移动副不相互平行，定平台转动副可以与定平台垂直、平行或倾斜布置。
第三种连接方式，每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台转动副，一个两自由度平面子链，一个中间转动副以及一个与动平台相连的动平台移动副。定平台转动副与定平台垂直布置，平面子链中的转动副与定平台转动副垂直并且与中间转动副相互垂直，中间转动副轴线与动平台移动副相互平行，动平台移动副可以与动平台平行或倾斜布置。
第四种连接方式，每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台转动副，一个两自由度平面子链，一个中间转动副以及一个与动平台相连的动平台移动副。定平台转动副与可以与定平台平行或倾斜布置，平面子链中的转动副与定平台转动副不相互平行，平面子链中的转动副与中间转动副相互垂直，中间转动副轴线与动平台移动副相互平行，动平台移动副与动平台垂直布置。
第五种连接方式，每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台移动副，一个中间转动副，一个两自由度平面子链以及一个与动平台相连的动平台转动副。定平台移动副与定平台垂直布置，中间转动副与定平台移动副相互平行，平面子链中的转动副与中间转动副相互垂直，平面子链中的转动副与动平台转动副不相互平行，动平台转动副可以与动平台平行或倾斜布置。
第六种连接方式，每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台移动副，一个中间转动副，一个两自由度平面子链以及一个与动平台相连的动平台转动副。定平台移动副可以与定平台平行或倾斜布置，中间转动副与定平台移动副相互平行，平面子链中的转动副与中间转动副相互垂直，平面子链中的转动副与动平台转动副相互垂直，动平台转动副与动平台垂直布置。
上述六种连接方式中，机构中相邻的两个转动副相互垂直时可以替换为一个万向铰链，相邻的一个移动副和一个转动副相互平行时可以替换为一个圆柱副。
本发明与现有技术相比具有如下优点：机构中无任何汇交的轴线，分支结构非常简单，加工制造比较方便，且容易保证加工精度。具有很广阔的应用前景。
附图说明：
图1是本发明实施例1的立体示意图。
图2是本发明实施例2的立体示意图。
图3是本发明实施例3的立体示意图。
图4是本发明实施例4的立体示意图。
图5是本发明实施例5的立体示意图。
图6是本发明实施例6的立体示意图。
图7是本发明实施例7的立体示意图。
图8是本发明实施例8的立体示意图。
图9是本发明实施例9的立体示意图。
图10是本发明实施例10的立体示意图。
图11是本发明实施例11的立体示意图。
图12是本发明实施例12的立体示意图。
具体实施方式
在图1所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例1的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的两自由度平面子链，一个中间转动副R3、一个中间移动副P4和一个与动平台相连的动平台转动副R5，上述两自由度平面子链是由两个轴线相互平行的转动副R1、转动副R2构成。转动副R1连接定平台1和连杆2，并且与定平台平行布置。转动副R2连接连杆2和连杆3。转动副R3连接连杆3和连杆4，并且与转动副R2相互垂直。移动副P4连接连杆4和连杆5，并且与转动副R3相互平行。转动副R5连接连杆5和动平台6，并且与动平台垂直布置，该转动副R5的轴线与移动副P4不相互平行。
在图2所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例2的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的两自由度平面子链，一个中间转动副R3、一个中间移动副P4和一个与动平台相连的动平台转动副R5，上述两自由度平面子链是由两个轴线相互平行的转动副R1、转动副R2构成。转动副R1连接定平台1和连杆2，并且与定平台平行布置。转动副R2连接连杆2和连杆3。转动副R3连接连杆3和连杆4，并且与转动副R2相互垂直。移动副P4连接连杆4和连杆5，并且与转动副R3相互平行。转动副R5连接连杆5和动平台6，并且与动平台平行布置，该转动副R5的轴线与移动副P4不相互平行。
在图3所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例3的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的两自由度平面子链，一个中间转动副R3、一个中间移动副P4和一个与动平台相连的动平台转动副R5，上述两自由度平面子链是由两个轴线相互平行的转动副R1、转动副R2构成。转动副R1连接定平台1和连杆2，并且与定平台平行布置。转动副R2连接连杆2和连杆3。转动副R3连接连杆3和连杆4，并且与转动副R2相互垂直。移动副P4连接连杆4和连杆5，并且与转动副R3相互平行。转动副R5连接连杆5和动平台6，并且与动平台倾斜布置，该转动副R5的轴线与移动副P4不相互平行。
在图4所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例4的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的两自由度平面子链，一个中间转动副R3、一个中间移动副P4和一个与动平台相连的动平台转动副R5，上述两自由度平面子链是由两个相互垂直的转动副R1、移动副P2构成。转动副R1连接定平台1和连杆2，并且与定平台平行布置。移动副P2连接连杆2和连杆3。转动副R3连接连杆3和连杆4，并且与转动副R1相互垂直，与移动副P2相互垂直。移动副P4连接连杆4和连杆5，并且与转动副R3相互平行。转动副R5连接连杆5和动平台6，并且与动平台平行布置，该转动副R5的轴线与移动副P4不相互平行。
在图5所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例5的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的两自由度平面子链，一个中间转动副R3、一个中间移动副P4和一个与动平台相连的动平台转动副R5，上述两自由度平面子链是由两个相互垂直的移动副P1、转动副R2构成。移动副P1连接定平台1和连杆2，并且与定平台平行布置。转动副R2连接连杆2和连杆3，并且与定平台平行布置。转动副R3连接连杆3和连杆4，并且与转动副R2相互垂直。移动副P4连接连杆4和连杆5，并且与转动副R3相互平行。转动副R5连接连杆5和动平台6，并且与动平台倾斜布置，该转动副R5的轴线与移动副P4不相互平行。
在图6所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例6的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台转动副R1、一个中间移动副P2、一个中间转动副R3和一个与动平台相连的两自由度的平面子链，上述两自由度平面子链是由两个轴线相互平行的转动副R4、转动副R5构成。转动副R1连接定平台1和连杆2，并且与定平台垂直布置。移动副P2连接连杆2和连杆3，并且该移动副P2与转动副R1不相互平行。转动副R3连接连杆3和连杆4，并且与移动副P2相互平行。转动副R4连接连杆4和连杆5，并且与转动副R3相互垂直。转动副R5连接连杆5和动平台6，并且与动平台平行布置。
在图7所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例7的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台转动副R1、一个两自由度平面子链、一个中间转动副R4和一个与动平台相连的动平台移动副P5，上述两自由度平面子链是由两个轴线相互平行的转动副R2、转动副R3构成。转动副R1连接定平台1和连杆2，并且与定平台垂直布置。转动副R2连接连杆2和连杆3，并且该转动副R2与转动副R1相互垂直。转动副R3连接连杆3和连杆4。转动副R4连接连杆4和连杆5，并且与转动副R3相互垂直。移动副P5连接连杆5和动平台6，并且与转动副R4相互平行，移动副P5与动平台倾斜。
在图8所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例8的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台转动副R1、一个两自由度平面子链、一个中间转动副R4和一个与动平台相连的动平台移动副P5，上述两自由度平面子链是由两个轴线相互平行的转动副R2、转动副R3构成。转动副R1连接定平台1和连杆2，并且与定平台倾斜布置。转动副R2连接连杆2和连杆3，并且该转动副R2与转动副R1不相互平行。转动副R3连接连杆3和连杆4。转动副R4连接连杆4和连杆5，并且与转动副R3相互垂直。移动副P5连接连杆5和动平台6，并且与转动副R4相互平行，移动副P5与动平台垂直。
在图9所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例9的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台移动副P1、一个中间转动副R2、一个两自由度平面子链和一个与动平台相连的动平台转动副R5，上述两自由度平面子链是由两个轴线相互平行的转动副R3、转动副R4构成。移动副P1连接定平台1和连杆2，并且与定平台垂直布置。转动副R2连接连杆2和连杆3，并且该转动副R2与移动副P1相互平行。转动副R3连接连杆3和连杆4，并且与转动副R2相互垂直。转动副R4连接连杆4和连杆5。转动副R5连接连杆5和动平台6，并且与转动副R4相互垂直，转动副R5与动平台平行。
在图10所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例10的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台移动副P1、一个中间转动副R2、一个两自由度平面子链和一个与动平台相连的动平台转动副R5，上述两自由度平面子链是由两个轴线相互平行的转动副R3、转动副R4构成。移动副P1连接定平台1和连杆2，并且与定平台平行布置。转动副R2连接连杆2和连杆3，并且该转动副R2与移动副P1相互平行。转动副R3连接连杆3和连杆4，并且该转动副R3与转动副R2相互垂直。转动副R4连接连杆4和连杆5。转动副R5连接连杆5和动平台6，并且与转动副R4相互垂直，转动副R5与动平台垂直。
在图11所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例11的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台移动副P1、一个下侧转动副R2、一个上侧转动副R3和一个与动平台相连的万向铰链U4。移动副P1连接定平台1和连杆2，并且与定平台垂直布置。转动副R2连接连杆2和连杆3，并且该转动副R2与移动副P1相互平行。转动副R3连接连杆3和连杆4，并且与转动副R2相互垂直。万向铰链U4连接连杆4和动平台6，该万向铰链由两个相互垂直相交的转动副构成，其中第一个转动副与转动副R3相互平行，其第二个转动副与动平台平行。
在图12所示的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构实施例12的立体示意图中，该并联机构由定平台1、动平台6和三个结构完全相同的分支构成，每个分支由定平台开始依次为一个与定平台相连的圆柱副C1、一个两自由度平面子链和一个与动平台相连的动平台转动副R4，上述两自由度平面子链是由两个轴线相互平行的转动副R2、转动副R3构成。圆柱副C1连接定平台1和连杆2，并且与定平台平行布置。转动副R2连接连杆2和连杆3，并且该转动副R2与圆柱副C1相互垂直。转动副R3连接连杆3和连杆4。转动副R4连接连杆4和动平台6，该转动副R4与转动副R3相互垂直，并且该转动副R4与动平台垂直。
Claims (9)
1.一种含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构，其有动、定两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的活动分支，其特征在于：每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连两自由度平面子链，一个中间转动副，一个中间移动副以及一个与动平台相连的动平台转动副，并且动平台转动副可以与动平台垂直、平行或倾斜布置；上述平面子链中的转动副与定平台平行布置，上述中间转动副的轴线与上述中间移动副相互平行，上述中间转动副的轴线与上述平面子链中的转动副的轴线相互垂直，上述动平台转动副的轴线与上述中间移动副不相互平行。
2.一种含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构，其有动、定两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的活动分支，其特征在于：每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台转动副，一个中间移动副，一个中间转动副以及一个与动平台相连的两自由度平面子链，并且定平台转动副可以与定平台垂直、平行或倾斜布置；上述平面子链中的转动副与动平台平行布置，上述中间转动副的轴线与上述中间移动副相互平行，上述中间转动副的轴线与上述平面子链中的转动副的轴线相互垂直，上述定平台转动副的轴线与上述中间移动副不相互平行。
3.一种含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构，其有动、定两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的活动分支，其特征在于：每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台转动副，一个两自由度平面子链，一个中间转动副以及一个与动平台相连的动平台移动副；上述定平台转动副与定平台垂直布置，上述平面子链中的转动副的轴线与定平台转动副的轴线相互垂直，上述中间转动副的轴线与平面子链中的转动副的轴线相互垂直，且与动平台移动副相互平行，上述动平台移动副可以与动平台倾斜或平行布置。
4.一种含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构，其有动、定两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的活动分支，其特征在于：每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台转动副，一个两自由度平面子链，一个中间转动副以及一个与动平台相连的动平台移动副，上述定平台转动副可以与定平台平行或倾斜布置，上述平面子链中的转动副的轴线与定平台转动副的轴线不相互平行，上述中间转动副的轴线与平面子链中的转动副的轴线相互垂直，且与动平台移动副相互平行，上述动平台移动副与动平台垂直布置。
5.一种含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构，其有动、定两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的活动分支，其特征在于：每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台移动副，一个中间转动副，一个两自由度平面子链以及一个与动平台相连的动平台转动副，上述定平台移动副与定平台垂直布置，上述中间转动副的轴线与定平台移动副相互平行，上述平面子链中的转动副的轴线与中间转动副的轴线相互垂直，上述动平台转动副的轴线与平面子链中的转动副的轴线不相互平行，且动平台转动副可以与动平台倾斜或平行布置。
6.一种含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构，其有动、定两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的活动分支，其特征在于：每个分支从定平台开始依次为一个与定平台相连的定平台移动副，一个中间转动副，一个两自由度平面子链以及一个与动平台相连的动平台转动副，上述定平台移动副可以与定平台平行或倾斜布置，上述中间转动副的轴线与定平台移动副相互平行，上述平面子链中的转动副的轴线与中间转动副的轴线相互垂直，上述动平台转动副的轴线与平面子链中的转动副的轴线相互垂直，且动平台转动副与动平台垂直布置。
7.根据权利要求1、或2、或3、或4、或5、或6所述的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构，其特征在于：两自由度平面子链是由两个相互平行的转动副构成。
8.根据权利要求1、或2、或3、或4、或5、或6所述的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构，其特征在于：两自由度平面子链是由相互垂直的一个转动副和一个移动副构成。
9.根据权利要求1、或2、或3、或4、或5、或6所述的含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构，其特征在于：机构中相邻的两个转动副相互垂直时可以替换为一个万向铰链，相邻的一个移动副和一个转动副相互平行时可以替换为一个圆柱副。
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