CN102962837A - 易于控制的对称两转一移并联机构 - Google Patents

Abstract

一种易于控制的对称两转一移并联机构，其有定、动两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的活动分支，所有活动分支均由一个与定平台相连的定平台转动副、一个与动平台相连的动平台转动副以及位于上述两个转动副之间的一个三自由度平面子链构成，动平台转动副的轴线与定平台转动副的轴线相交于空间一点，该点为分支的中心点，上述三个活动分支的中心点构成了一个中间平面，上述定、动两平台为全等的三角形，且关于该中间平面对称。本发明采用对称的结构，且可以实现绕中间对称平面内的任意一条轴线或任意一点的连续转动，能有效地避免伴随运动的发生，给机构的运动控制带来很大方便，具有广阔的应用前景。

Description

易于控制的对称两转一移并联机构

技术领域 本发明涉及机器人领域，特别涉及一种并联机构。

背景技术  具有两个转动自由度和一个移动自由度的并联机构在机械工业领域有着广泛的应用。

通常两转一移并联机构的转动和移动之间是会相互影响的。在一些两转一移并联机构中，机构的动平台没有某个方向的移动自由度，但动平台的中心点却可以发生这个方向的移动。学者们将机构中的这种在非自由度方向上的移动称为“伴随运动”。伴随运动的存在会对机构的标定和轨迹规划带来不便，并且增加控制的复杂度。因此，通过合理的设计来减少或消除机构的伴随运动是在进行机构设计时需要解决的一个问题。

很多学者曾针对两转一移并联机构中的伴随运动问题进行过专门的研究，并设计出了一些没有伴随运动的机构（CN101518898A，CN101497167A）。但这些机构都采用的是非对称的结构形式，机构不具有各向同性，且制造和维护成本较高。

发明内容  本发明的目的在于提供一种成本低、各向同性较好的易于控制的对称两转一移并联机构，本发明主要包括定、动两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的活动分支，这三条活动分支均由一个与定平台相连的定平台转动副、一个与动平台相连的动平台转动副以及连接定平台转动副和动平台转动副的一个三自由度平面子链构成，上述三自由度平面子链是指由三个运动副以一定的连接方式组合在一起，且相互之间只发生平面运动的运动链，其可以由三个相互平行的转动副构成（表述为RRR，一般R表示一个转动副，P表示一个移动副），也可以由转动副和移动副共同构成，其中转动副相互平行，移动副与转动副相互垂直。本发明中所述的三自由度平面子链可以有以下7种构成形式：RRR、RRP、RPR、PRR、RPP、PRP、PPR。

三自由度平面子链中的转动副的轴线分别与上述定平台转动副的轴线和动平台转动副的轴线相互垂直，该定平台转动副和动平台转动副分别与定、动两平台倾斜布置，而且该定平台转动副的轴线与动平台转动副的轴线相交于空间一点，该点为该分支的分支中心点，上述三条活动分支的分支中心点构成了一个中间平面，上述定、动两平台为全等的三角形，且关于上述中间平面对称，每个分支中的定平台转动副和动平台转动副也关于该中间平面对称。上述相邻的轴线相互垂直的两个转动副可以替换为一个万向铰链。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、由于本发明的三个分支完全相同，是一种对称的三自由度并联机构，因此在运动过程中具有很好的各向同性，且制造和维护成本较低。

2、本发明的动平台可以实现绕定、动两平台的中间对称平面内的任意一条轴线或任意一点的连续转动，能够有效地避免伴随运动的发生，给机构的运动控制带来很大方便，具有广阔的应用前景。

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。

具体实施方式：

在图1所示的易于控制的对称两转一移并联机构实施例1的立体示意图中，三条结构完全相同的活动分支连接定平台1和动平台6，三条活动分支均由定平台转动副R1、动平台转动副R5、三自由度平面子链和将它们连在一起的连杆组成，该三自由度平面子链是由三个轴线相互平行的转动副R2、转动副R3和转动副R4构成。上述定平台转动副R1与定平台1连接，并与定平台1倾斜布置，该定平台转动副R1通过连杆2与上述转动副R2连接，该转动副R2的轴线与上述定平台转动副R1的轴线相互垂直，该转动副R2通过连杆3与上述转动副R3连接，该转动副R3通过连杆4与上述转动副R4连接，该转动副R4通过连杆5与动平台转动副R5连接，该动平台转动副R5与动平台6连接，并与动平台6倾斜布置，该动平台转动副R5的轴线与上述转动副R4的轴线相互垂直，而且动平台转动副R5的轴线与上述定平台转动副R1的轴线相交于空间一点O1，O1点为该分支的分支中心点，上述三条活动分支的分支中心点O1、O2、O3构成了一个中间平面，上述定、动两平台为全等的三角形，且关于上述中间平面对称，每个分支中的定平台转动副R1和动平台转动副R5也关于上述中间平面对称。

在图2所示的易于控制的对称两转一移并联机构实施例2的立体示意图中，三条结构完全相同的活动分支连接定平台1和动平台6，三条活动分支均由定平台转动副R1、动平台转动副R5、三自由度平面子链和将它们连在一起的连杆组成，该三自由度平面子链是由转动副R2、移动副P3和转动副R4构成，移动副P3与转动副R2的轴线相互垂直，转动副R4的轴线与转动副R2的轴线相互平行。上述定平台转动副R1与定平台1连接，并与定平台1倾斜布置，上述定平台转动副R1通过连杆2与上述转动副R2连接，且该转动副R2的轴线与上述定平台转动副R1的轴线相互垂直，上述转动副R2通过连杆3与上述移动副P3连接，该移动副P3通过连杆4与上述转动副R4连接，该上述转动副R4通过连杆5与上述动平台转动副R5连接，该动平台转动副R5与动平台6连接，并与动平台6倾斜布置，该动平台转动副R5的轴线与上述转动副R4的轴线相互垂直，而且动平台转动副R5的轴线与上述定平台转动副R1的轴线相交于空间一点O1，O1点为该分支的分支中心点，上述三条活动分支的分支中心点O1、O2、O3构成了一个中间平面，上述定、动两平台为全等的三角形，且关于上述中间平面对称，每条分支中的定平台转动副R1和动平台转动副R5也关于上述中间平面对称。

在图3所示的易于控制的对称两转一移并联机构实施例3的立体示意图中，

三条结构完全相同的活动分支连接定平台1和动平台6，三条活动分支均由定平台转动副R1、动平台转动副R5、三自由度平面子链和将它们连在一起的连杆组成，该三自由度平面子链是由移动副P2、转动副R3和转动副R4构成，转动副R3的轴线与移动副P2相互垂直，转动副R4的轴线与转动副R3的轴线相互平行。上述定平台转动副R1与定平台1连接，并与定平台1倾斜布置，该定平台转动副R1通过连杆2与上述移动副P2连接，该移动副P2通过连杆3与上述转动副R3连接，该转动副R3与上述定平台转动副R1的轴线相互垂直，上述转动副R3通过连杆4与上述转动副R4连接，该转动副R4通过连杆5与上述动平台转动副R5连接，该动平台转动副R5与动平台6连接，并且与动平台6倾斜布置，该动平台转动副R5的轴线与上述转动副R4的轴线相互垂直，而且动平台转动副R5的轴线与上述定平台转动副R1的轴线相交于空间一点O1，O1点为该分支的分支中心点，上述三条活动分支的分支中心点O1、O2、O3构成了一个中间平面，上述定、动两平台为全等的三角形，且关于上述中间平面对称，每条分支中的定平台转动副R1和动平台转动副R5也关于该中间平面对称。

在图4所示的易于控制的对称两转一移并联机构实施例4的立体示意图中，三条结构完全相同的活动分支连接定平台1和动平台6，三条活动分支均由万向铰链U1、万向铰链U3、一个转动副R2和将它们连在一起的连杆组成，上述万向铰链U1与定平台1连接，该万向铰链U1包含两个轴线相互垂直相交的转动副，万向铰链U1通过其第一个转动副与定平台1连接并倾斜布置，其第二个转动副通过连杆2与上述转动副R2连接，该转动副R2的轴线与上述万向铰链U1中的第二个转动副的轴线相互平行，该转动副R2通过连杆3与上述万向铰链U3连接，该万向铰链U3包含两个轴线相互垂直相交的转动副，万向铰链U3通过其第一个转动副与连杆3连接，且其第一个转动副的轴线与上述转动副R2的轴线相互平行，上述万向铰链U3通过其第二个转动副与动平台6连接并倾斜布置，该万向铰链U3的第二个转动副的轴线与上述万向铰链U1中的第一个转动副轴线空间相交于一点O1，O1点为该分支的分支中心点，上述三条活动分支的分支中心点O1、O2、O3构成了一个中间平面，上述定、动两平台为全等的三角形，且关于该中间平面对称，每条分支中的万向铰链U1的第一个转动副与万向铰链U3的第二个转动副也关于该中间平面对称。

Claims (2)

1.一种易于控制的对称两转一移并联机构，其有定、动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：上述三条活动分支均包含一个与定平台相连的定平台转动副、一个与动平台相连的动平台转动副以及连接定平台转动副和动平台转动副的一个三自由度平面子链，该三自由度平面子链是由三个轴线相互平行的转动副构成，或由转动副和移动副共同构成，其中转动副的轴线相互平行，移动副与转动副相互垂直，上述三自由度平面子链中的转动副的轴线分别与上述定平台转动副的轴线和动平台转动副的轴线相互垂直，该定平台转动副和动平台转动副分别与定、动两平台连接并倾斜布置，该定平台转动副的轴线与动平台转动副的轴线相交于空间一点，该点为该分支的分支中心点，上述三个活动分支的分支中心点构成了一个中间平面，上述定、动两平台为全等的三角形，且关于该中间平面对称，每个分支中的定平台转动副和动平台转动副也关于该中间平面对称。

2.根据权利要求1所述的一种易于控制的对称两转一移并联机构，其特征在于：上述相邻的轴线相互垂直的两个转动副可以替换为一个万向铰链。

Images