CN102975201A - 一种空间面对称型三自由度并联机构 - Google Patents

Abstract

一种面对称型三自由度并联机构，涉及机器人和空间机构技术领域。该机构由固定平台、运动平台和连接上述两平台的三条支链组成，其中两条支链从固定平台到运动平台分别由圆柱副C、移动副P、球面副S以及它们之间的连杆组成，另一条支链从固定平台到运动平台由圆柱副C、移动副P以及它们之间的连杆组成，即该并联机构为2-CPS&CP运动链形式的并联机构。本发明工作平台可实现包含一维移动和两维转动的三自由度运动输出；通过控制各支链中移动副P的位移来实现运动平台的位置与姿态的调节。该并联机构结构简单新颖、运动正解简洁、控制方法简便。本发明是一种在机器人技术、机械加工、定位装置等众多领域具有广泛的潜在应用前景的并联机构。

Description

一种空间面对称型三自由度并联机构

技术领域

本发明涉及机器人和空间机构技术领域，特别涉及一种面对称形式的三自由度并联机构。

背景技术

1965年Stewart提出的Stewart平台由上下平台及6根驱动杆组成，驱动杆可以独立地伸缩，且分别通过由球铰链与上下平台连接，这样，上平台具有6个自由度。随着对各种并联机构研究的不断深入，人们将凡是把上下平台通过两个或两个以上支链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且驱动方式为并联驱动的机构统称为并联机构。相对于传统的串联式机构而言，并联机构具有承载能力大、刚度高、运动速度快、精度高、动力学性能好等优点，可应用于加工中心、分拣机构、医疗辅助器械等领域。

由于结构的限制，6自由度并联机构有许多技术问题没能很好解决，如运动耦合性强、运动学正解复杂、工作空间小、传动特性差等。少自由度并联机器人机构在工业生产中具有广阔的应用前景，不少学者研究了多种该类型的机构，尤其是三自由度并联机构，如Delta机构、Star Like机构等。中国学者在少自由度并联机器人机构的研究方面也取得了大量的研究成果（如专利申请号：01108297.6;01113519.0;03113354.1;200410018623.8;200510037951.7等）。

目前三自由度的并联机构构型设计吸引了众多研究者的兴趣，因为该类型的并联机构在高速拾取、机械加工、空间定位、医疗器械、微操作器、力传感器、康复护理仪器等领域具有巨大的应用价值与商业价值，目前各国学者在三自由度的并联机构构型设计方面已经展开激烈竞争以期提出具有自主知识产权、性能优良的此类型并联机构。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、运动正解简洁、工作空间大，控制方法简便的空间面对称型三自由度并联机构。

本发明提供的空间面对称型三自由度并联机构，由运动平台（1）、固定平台（2）和联接上述两平台的三条支链组成，第一支链（C1S1）由第一圆柱副（C1）、第一移动副（P1）、第一球面副（S1）以及它们之间的第一连杆（L11）和第二连杆（L12）组成；第二支链（C2S2）由第二圆柱副（C2）、第二移动副（P2）、第二球面副（S2）以及它们之间的第三连杆（L21）和第四连杆（L22）组成；第三支链（C3S3）由第三圆柱副（C3）、第三移动副（P3）以及它们之间的第五连杆（L31）和第六连杆（L32）组成；其中：

所述的运动平台（1）为等腰三角形，边S1S3的长度与边S2S3的长度相等；

所述的第一连杆（L11）、第三连杆（L21）和第五连杆（L31）分别通过第一圆柱副（C1）、第二圆柱副（C2）和第三圆柱副（C3）与固定平台（2）相联接；第二连杆（L12）和第四连杆（L22）分别通过第一球面副（S1）和第二球面副（S2）与运动平台（1）相联接；第六连杆（L32）与运动平台（1）在顶点（S3）处固定连接并且两者相互垂直；

所述的第一连杆（L11）、第三连杆（L21）和第五连杆（L31）分别通过第一移动副（P1）、第二移动副（P2）和第三移动副（P3）与第二连杆（L12）、第四连杆（L22）和第六连杆（L32）相连；

所述的第一移动副（P1）、第二移动副（P2）和第三移动副（P3）为机构的驱动副。

本发明的优点和有益效果是：

1、机构运动平台可实现一平动两转动形式的运动输出。

2、机构简单、机构关节少，运动副自由度总数只有15个。

3、机构的、运动正解简洁、工作空间大，控制方法简便。

附图说明

图1是本发明的面对称型三自由度并联机构示意图。

以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，构建面对称型三自由度并联机构，且该机构的运动平台可实现一平动两转动形式的运动输出。

本发明提供的空间面对称型三自由度并联机构，由运动平台（1）、固定平台（2）和联接上述两平台的三条支链组成，第一支链（C1S1）由第一圆柱副（C1）、第一移动副（P1）、第一球面副（S1）以及它们之间的第一连杆（L11）和第二连杆（L12）组成；第二支链（C2S2）由第二圆柱副（C2）、第二移动副（P2）、第二球面副（S2）以及它们之间的第三连杆（L21）和第四连杆（L22）组成；第三支链（C3S3）由第三圆柱副（C3）、第三移动副（P3）以及它们之间的第五连杆（L31）和第六连杆（L32）组成；其中：

所述的运动平台（1）为等腰三角形，边S1S3的长度与边S2S3的长度相等；

所述的第一连杆（L11）、第三连杆（L21）和第五连杆（L31）分别通过第一圆柱副（C1）、第二圆柱副（C2）和第三圆柱副（C3）与固定平台（2）相联接；第二连杆（L12）和第四连杆（L22）分别通过第一球面副（S1）和第二球面副（S2）与运动平台（1）相联接；第六连杆（L32）与运动平台（1）在顶点（S3）处固定连接并且两者相互垂直；

所述的第一连杆（L11）、第三连杆（L21）和第五连杆（L31）分别通过第一移动副（P1）、第二移动副（P2）和第三移动副（P3）与第二连杆（L12）、第四连杆（L22）和第六连杆（L32）相连；

所述的第一移动副（P1）、第二移动副（P2）和第三移动副（P3）为机构的驱动副（如图1所示），通过电机与滚珠丝杆实现滑移运动。当各驱动副在控制下运动不同的位移时，其余各圆柱副、球面副则在连杆和运动平台的拉动下，做相应的运动，从而实现运动平台在工作空间内实现一平动两转动的运动输出。

Claims (1)

1.一种空间面对称型三自由度并联机构，其特征在于，该机构由运动平台（1）、固定平台（2）和联接上述两平台的三条支链组成，第一支链（C1S1）由第一圆柱副（C1）、第一移动副（P1）、第一球面副（S1）以及它们之间的第一连杆（L11）和第二连杆（L12）组成；第二支链（C2S2）由第二圆柱副（C2）、第二移动副（P2）、第二球面副（S2）以及它们之间的第三连杆（L21）和第四连杆（L22）组成；第三支链（C3S3）由第三圆柱副（C3）、第三移动副（P3）以及它们之间的第五连杆（L31）和第六连杆（L32）组成；其中：

所述的运动平台（1）为等腰三角形，边S1S3的长度与边S2S3的长度相等；

所述的第一连杆（L11）、第三连杆（L21）和第五连杆（L31）分别通过第一圆柱副（C1）、第二圆柱副（C2）和第三圆柱副（C3）与固定平台（2）相联接；第二连杆（L12）和第四连杆（L22）分别通过第一球面副（S1）和第二球面副（S2）与运动平台（1）相联接；第六连杆（L32）与运动平台（1）在顶点（S3）处固定连接并且两者相互垂直；

所述的第一连杆（L11）、第三连杆（L21）和第五连杆（L31）分别通过第一移动副（P1）、第二移动副（P2）和第三移动副（P3）与第二连杆（L12）、第四连杆（L22）和第六连杆（L32）相连；

所述的第一移动副（P1）、第二移动副（P2）和第三移动副（P3）为机构的驱动副。