CN102922310B - 一种2t1r三自由度空间并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种2T1R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三个定平台，连接所述动平台和各个定平台之间的结构形式不同的第一、第二和第三支链，所述第一、第二和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各个定平台、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驱动动平台运动，实现两个移动和一个转动自由度。该空间并联机构容易实现高转动能力。

Description

一种2T1R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2T1R(两平移一转动)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，尤其是能够实现一维移动和两维转动自由度的[PP]S类空间并联机构，该类机构的特点是连接动平台的三个球铰始终在固定的平面内做平面运动，动平台能够实现两个旋转运动。但是，上述旋转运动存在相互耦合，该耦合特性导致其运动学相对复杂且旋转角度在一定程度上受限。

本发明则提出具有两维移动和一维转动的三自由度空间并联机构，由于只实现一维转动运动，不存在[PP]S类空间并联机构的两转动相互耦合的情况，更容易实现高的转动能力。

发明内容

本发明提出的一种新型的2T1R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、用于安装执行器的动平台以及第一、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，所述第一支链包括第一滑块和第一连杆，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；所述第二支链包括第二滑块、第二平行四边形机构和第二连接件，第二支链的运动副有四个：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平行四边形机构之间的转动副，一个是连接于第二平行四边形机构和第二连接件之间的转动副，另一个是连接于第二连接件和动平台之间的转动副；所述第二支链中的第二平行四边形机构包括第二上连杆、第二下连杆、第二左连杆、第二右连杆以及连接上述杆件的相互平行的四个转动副；其中，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，第二支链中连接于第二连接件和动平台之间的转动副与动平台的法向量垂直；所述第三支链包括第三滑块、第三平行四边形机构、第三连接件，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第三平行四边形机构之间的转动副，一个是连接于第三平行四边形机构和第三连接件之间的转动副，另一个是连接于第三连接件和动平台之间的转动副；所述第三支链中的第三平行四边形机构包括第三上连杆、第三下连杆、第三左连杆、第三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，第三支链中连接于第三连接件和动平台之间的转动副与动平台的法向量平行。

根据本发明所述的并联机构，其中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驱动动平台运动，实现两个移动和一个转动自由度。

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，实现两个移动自由度和一个转动自由度且转动轴线与移动平面平行；由于不存在[PP]S类空间并联机构的两转动相互耦合的情况，该机构具有更高的转动能力。

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

本发明的一种2T1R三自由度空间并联机构结合附图及实施例详细说明如下：

本实施例的一种2T1R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112、第二定平台11、第三定平台110、用于安装执行器的动平台114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112、第二定平台11、第三定平台110和动平台114之间，并与第一定平台112、第二定平台11、第三定平台110和动平台114构成空间闭环机构。

所述第一支链为PRS型运动支链，包括：第一滑块111、第一连杆113以及运动副。第一支链的运动副有三个，一个是连接于第一定平台112和第一滑块111之间的移动副(P)，一个是连接于第一滑块111和第一连杆113之间的转动副(R)，一个是连接于第一连杆113和动平台114之间的球铰(S)。其中，连接于第一定平台112和第一滑块111之间的移动副(P)是主动驱动的。

所述第二、第三支链的运动支链类型相同，但结构形式不同。

所述第二支链包括：第二滑块12、第二平行四边形机构(Pa)、第二连接件115以及运动副，第二支链的运动副有四个，一个是连接于第二定平台11和第二滑块12之间的移动副(P)，一个是连接于第二滑块12和第二平行四边形机构(Pa)之间的转动副(R)，一个是连接于第二平行四边形机构(Pa)和第二连接件115之间的转动副(R)，另一个是连接于第二连接件115和动平台114之间的转动副(R)；所述第二支链中的第二平行四边形机构(Pa)包括第二上连杆117、第二下连杆118、第二左连杆116、第二右连杆13以及连接上述杆件的相互平行的四个转动副(R)；其中，连接于第二定平台11和第二滑块12之间的移动副(P)是主动驱动的，所述第二支链为PRPaRR型运动支链。其中，第二支链中连接于第二连接件115和动平台114之间的转动副(R)与动平台114的法向量垂直。

所述第三支链包括：第三滑块19、第三平行四边形机构(Pa’)、第三连接件15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和第三平行四边形机构(Pa’)之间的转动副(R)，一个是连接于第三平行四边形机构(Pa’)和第三连接件15之间的转动副(R)，另一个是连接于第三连接件15和动平台114之间的转动副(R)；所述第三支链中的第三平行四边形机构(Pa’)包括第三上连杆18、第三下连杆14、第三左连杆17、第三右连杆16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，该第三支链为PRPa’RR型运动支链。第三支链中连接于第三连接件15和动平台114之间的转动副(R)与动平台114的法向量平行。

本实施例中，所述第一、第二支链的主动输入方向与所述第三支链的主动输入方向垂直；在初始位置，所述第一、第二支链在同一平面内，所述第三支链的主动输入方向与该平面平行。

所述第一、第二和第三支链分别与第一定平台112、第二定平台11、第三定平台110以及动平台114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定第二定平台11与第二滑块12、第三定平台110与第三滑块19、第一定平台112与第一滑块111之间的三个输入驱动动平台运动，实现两个移动和一个转动自由度。

Claims (2)

1.一种2T1R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、用于安装执行器的动平台以及第一、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，其特征在于：

所述第一支链包括第一滑块和第一连杆，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；

所述第二支链包括第二滑块、第二平行四边形机构和第二连接件，第二支链的运动副有四个：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平行四边形机构之间的转动副，一个是连接于第二平行四边形机构和第二连接件之间的转动副，另一个是连接于第二连接件和动平台之间的转动副；所述第二支链中的第二平行四边形机构包括第二上连杆、第二下连杆、第二左连杆、第二右连杆以及连接上述杆件的相互平行的四个转动副；其中，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，第二支链中连接于第二连接件和动平台之间的转动副与动平台的法向量垂直；

所述第三支链包括第三滑块、第三平行四边形机构、第三连接件，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第三平行四边形机构之间的转动副，一个是连接于第三平行四边形机构和第三连接件之间的转动副，另一个是连接于第三连接件和动平台之间的转动副；所述第三支链中的第三平行四边形机构包括第三上连杆、第三下连杆、第三左连杆、第三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，第三支链中连接于第三连接件和动平台之间的转动副与动平台的法向量平行。

2.根据权利要求1所述的并联机构，其中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驱动动平台运动，实现两个移动和一个转动自由度。