CN102909569A - 一种1t2r三自由度空间并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种1T2R三自由度空间并联机构，其包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的具有相同结构的第一、第二支链以及与第一、第二支链结构不同的第三支链，该第一、第二、第三支链均含有一个主动驱动的运动副；所述第一、第二和第三支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过三个输入运动驱动动平台运动，实现一维移动和两维转动。

Description

一种1T2R三自由度空间并联机构
技术领域
本发明属于机械学领域，特别涉及一种新型1T2R(一平移二转动)三自由度空间并联机构。
背景技术
在机构学领域，传统机构多采用单个开链结构形式实现终端的多个自由度，一般将其称为串联机构，与其对应的由多个支链构成闭环实现终端运动的机构则称为并联机构，此类机构的自由度数最多为六。而少自由度并联机构是指自由度数少于六的并联机构，三自由度并联机构则是其中最重要的一类。
近年来，少自由度并联机构中的三自由度并联机构越来越受到研究者的重视和青睐，尤其是具有一维移动和两维转动的空间并联机构，3-PRS机构便是其中最典型的代表。德国DS Technologie公司基于该并联机构开发了Sprint Z3并联主轴头并用于ECOSPEED系列数控加工中心中，西班牙Fatronick公司基于另外一种具有类似自由度形式的三自由度并联机构研制了Hermes主轴头并应用于Space-5H加工中心中。上述机构的共同特征为，在机构的初始位置，其移动自由度方向与两转动自由度轴线所在平面垂直。
本发明则提出同样具有一维移动和两维转动的三自由度空间并联机构，但其自由度的实现形式为：在机构的初始位置，其移动自由度方向与两转动自由度轴线所在平面平行。
发明内容
本发明提出的一种新型1T2R三自由度空间并联机构，包括第一定平台、第二定平台、第三定平台、动平台以及第一、第二、第三支链，所述三条支链分别连接于第一定平台、第二定平台、第三定平台和动平台之间，并与第一定平台、第二定平台、第三定平台和动平台构成空间闭环机构；所述第一支链为PRS型运动支链，其包括第一滑块、第一连杆，所述第一支链的运动副有三个：一个是连接于第一定平台和第一滑块之间的移动副，一个是连接于第一滑块和第一连杆之间的转动副，一个是连接于第一连杆和动平台之间的球铰，连接于第一定平台和第一滑块之间的移动副是主动驱动的；所述第二支链为PRS型运动支链，其包括第二滑块、第二连杆，所述第二支链的运动副有三个：一个是连接于第二定平台和第二滑块之间的移动副，一个是连接于第二滑块和第二连杆之间的转动副，一个是连接于第二连杆和动平台之间的球铰，连接于第二定平台和第二滑块之间的移动副是主动驱动的；所述第三支链为PRPaRR型运动支链，其包括第三滑块、平行四边形机构、连接件，所述第三支链的运动副有四个：一个是连接于第三定平台和第三滑块之间的移动副，一个是连接于第三滑块和平行四边形机构之间的转动副，一个是连接于平行四边形机构和连接件之间的转动副，另一个是连接于连接件和动平台之间的转动副，所述平行四边形机构包括上连杆、下连杆、左连杆、右连杆以及连接上述杆件的相互平行的四个转动副，连接于第三定平台和第三滑块之间的移动副是主动驱动的，连接于连接件和动平台之间的转动副的轴线与动平台的法向量平行，所述的空间闭环机构通过第一定平台与第一滑块、第二定平台与第二滑块、第三定平台与第三滑块之间的三个输入运动驱动动平台运动，实现一维移动和两维转动。
根据本发明所述的并联机构，第一支链所在平面与第二支链所在平面之间的夹角范围为大于0°小于180°。
根据本发明所述的并联机构，第一支链所在平面与第二支链所在平面之间的夹角为90°，第一支链、第二支链的主动输入方向与第三支链的主动输入方向垂直。
本发明的三自由度空间并联机构通过三个主动驱动的运动学支链驱动动平台运动，实现一个移动自由度和两个转动自由度；在初始位置时，该机构的移动自由度方向与两转动自由度轴线所在平面平行。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
本实施例的一种新型1T2R三自由度空间并联机构的结构如图1所示，包括第一定平台12、第二定平台16、第三定平台110、动平台14以及第一、第二、第三支链，所述三条支链分别连接于第一定平台12、第二定平台16、第三定平台110和动平台14之间，并与第一定平台12、第二定平台16、第三定平台110和动平台14构成空间闭环机构。
所述第一支链为PRS型运动支链，其包括：第一滑块11、第一连杆13以及运动副。所述第一支链的运动副有三个，一个是连接于第一定平台12和第一滑块11之间的移动副(P)，一个是连接于第一滑块11和第一连杆13之间的转动副(R)，一个是连接于第一连杆13和动平台14之间的球铰(S)。其中，连接于第一定平台12和第一滑块11之间的移动副(P)是主动驱动的。
所述第二支链同样为PRS型运动支链，其包括：第二滑块17、第二连杆15以及运动副。所述第二支链的运动副有三个，一个是连接于第二定平台16和第二滑块17之间的移动副(P)，一个是连接于第二滑块17和第二连杆15之间的转动副(R)，一个是连接于第二连杆15和动平台14之间的球铰(S)。其中，连接于第二定平台16和第二滑块17之间的移动副(P)是主动驱动的。
所述第三支链为PRPaRR型运动支链，包括：第三滑块19、平行四边形机构(Pa)、连接件113以及运动副。所述第三支链的运动副有四个，一个是连接于第三定平台110和第三滑块19之间的移动副(P)，一个是连接于第三滑块19和平行四边形机构(Pa)之间的转动副(R)，一个是连接于平行四边形机构(Pa)和连接件113之间的转动副(R)，另一个是连接于连接件113和动平台14之间的转动副(R)；所述平行四边形机构(Pa)包括上连杆18、下连杆114、左连杆111、右连杆112以及连接上述杆件的相互平行的四个转动副(R)。其中，连接于第三定平台110和第三滑块19之间的移动副(P)是主动驱动的，连接于连接件113和动平台14之间的转动副(R)的轴线与动平台14的法向量平行。
第一支链所在平面与第二支链所在平面之间的夹角可以是0到180度之间的任意角度，但不能是0度或180度。本实施例中，第一支链所在平面与第二支链所在平面之间的夹角为90度，第一、第二支链的主动输入方向与第三支链的主动输入方向垂直。
所述第一、第二和第三支链分别与第一定平台12、第二定平台16、第三定平台110以及动平台14连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过第一定平台12与第一滑块11、第二定平台16与第二滑块17、第三定平台110与第三滑块19之间的三个输入运动驱动动平台运动，实现一维移动和两维转动。

Claims (3)

1.一种1T2R三自由度空间并联机构，包括第一定平台、第二定平台、第三定平台、动平台以及第一、第二、第三支链，所述三条支链分别连接于第一定平台、第二定平台、第三定平台和动平台之间，并与第一定平台、第二定平台、第三定平台和动平台构成空间闭环机构；
所述第一支链为PRS型运动支链，其包括第一滑块、第一连杆，所述第一支链的运动副有三个：一个是连接于第一定平台和第一滑块之间的移动副，一个是连接于第一滑块和第一连杆之间的转动副，一个是连接于第一连杆和动平台之间的球铰，连接于第一定平台和第一滑块之间的移动副是主动驱动的；
所述第二支链为PRS型运动支链，其包括第二滑块、第二连杆，所述第二支链的运动副有三个：一个是连接于第二定平台和第二滑块之间的移动副，一个是连接于第二滑块和第二连杆之间的转动副，一个是连接于第二连杆和动平台之间的球铰，连接于第二定平台和第二滑块之间的移动副是主动驱动的；
所述第三支链为PRPaRR型运动支链，其包括第三滑块、平行四边形机构、连接件，所述第三支链的运动副有四个：一个是连接于第三定平台和第三滑块之间的移动副，一个是连接于第三滑块和平行四边形机构之间的转动副，一个是连接于平行四边形机构和连接件之间的转动副，另一个是连接于连接件和动平台之间的转动副，所述平行四边形机构包括上连杆、下连杆、左连杆、右连杆以及连接上述杆件的相互平行的四个转动副，连接于第三定平台和第三滑块之间的移动副是主动驱动的，连接于连接件和动平台之间的转动副的轴线与动平台的法向量平行，
所述的空间闭环机构通过第一定平台与第一滑块、第二定平台与第二滑块、第三定平台与第三滑块之间的三个输入运动驱动动平台运动，实现一维移动和两维转动。
2.根据权利要求1所述的并联机构，其中第一支链所在平面与第二支链所在平面之间的夹角范围为大于0°小于180°。
3.根据权利要求2所述的并联机构，第一支链所在平面与第二支链所在平面之间的夹角为90°，第一支链、第二支链的主动输入方向与第三支链的主动输入方向垂直。
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