CN103144096B - 两转一移三自由度无过约束非对称并联机构 - Google Patents
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Abstract
一种两转一移三自由度无过约束非对称并联机构，其包括动平台、机架以及连接它们的三个分支，其中第一分支中的球副与机架连接，转动副与动平台连接，球副与转动副之间通过移动副连接，其中移动副轴线与转动副轴线垂直；第二分支中的万向铰与机架连接，转动副与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接，其中转动副轴线既平行于万向铰的第二转动副轴线，又垂直于移动副轴线；第三分支中的万向铰与机架连接、球副与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副连接，其中移动副轴线垂直于万向铰的第二转动副轴线；上述第一分支中转动副轴线与第二分支中转动副轴线不平行。本发明结构简单，无过约束，加工装配简单，控制容易实现。
Description
技术领域 本发明属于机器人领域，特别涉及一种并联机构。
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。而具有两个转动一个移动自由度的并联机构可以应用于运动模拟器，坐标测量机，加工中心的主轴头等，其中最典型的应用是作并联机床的主轴头，在该主轴头上增加一个两自由度的转头，便能实现航空航天，汽车工业等领域复杂零件的加工。现有的文献中，如K. Neumann 2008年发表的论文（K.Neumann,2008.Adaptive in-jig high load Exechon machining & assembly technology, SAE International, 08AMT-0044.）和专利CN 101049699A，CN 201625978U，CN 201389855Y中提到的并联机构，动平台存在无伴随运动的转轴而具有易于标定和控制的优点，但是这些机构存在共线这种严格的几何条件，配合精度要求非常高，反之，如若达不到该几何条件，则机构的性能达不到要求，这样的苛刻几何条件为机构的加工制造带来了很大的难度，难以保证加工精度。而另一类3-RPS/SPR两转一移并联机构，虽不存在苛刻的几何条件，但转动运动中存在伴随移动，导致标定和控制很困难。
发明内容 本发明的目的在于提供一种结构简单、加工制造方便、2控制的两转一移三自由度无过约束非对称并联机构。
本发明包括机架、动平台以及连接它们的三个分支，其有三种连接方式：
第一种连接方式：第一分支中的球副与机架连接，转动副与动平台连接，球副与转动副之间通过移动副连接，其中移动副轴线与转动副轴线垂直；第二分支中的万向铰与机架连接，转动副与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接，其中转动副轴线既平行于万向铰的第二转动副轴线，又垂直于移动副轴线；第三分支中的万向铰与机架连接、球副与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副连接，其中移动副轴线垂直于万向铰的第二转动副轴线；上述第一分支中转动副轴线与第二分支中转动副轴线不平行。
第二种连接方式：第三分支中的球副与机架连接，万向铰与动平台连接，球副与万向铰之间通过移动副连接，其中移动副轴线垂直于万向铰的第一转动副轴线。第一和第二分支的部件和连接方式同第一种连接方式。
第三种连接方式：第一分支中的移动副与机架连接，球副与动平台连接，移动副与动平台之间通过转动副连接，其中移动副轴线与转动副轴线垂直；第二分支中的移动副与机架连接，万向铰与动平台连接，移动副与万向铰之间通过转动副连接，其中转动副轴线既平行于万向铰的第一转动副轴线，又垂直于移动副轴线；第三分支中的移动副与机架连接，球副与动平台连接，移动副与球副之间通过万向铰连接，其中移动副轴线垂直于万向铰的第一转动副轴线；上述第一分支中的移动副轴线，第二分支中的移动副轴线和第三分支中的移动副轴线相互平行。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
机构中无苛刻的几何条件，动平台存在无伴随移动的转轴，驱动器能接近机架，分支结构简单，无过约束，加工制造比较方便，标定和控制容易实现，具有良好的应用前景。
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。
具体实施方式：
实施例1：
在图1所示的两转一移三自由度无过约束非对称并联机构示意图中，第一分支中的球副S11与机架1连接，转动副R13与动平台2连接，球副与转动副之间通过移动副P12连接，其中移动副P12轴线与转动副R13轴线垂直；第二分支中的万向铰R21、R22与机架连接，转动副R24与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副P23连接，其中转动副R24轴线既平行于万向铰的第二转动副R22轴线，又垂直于移动副P23轴线；第三分支中的万向铰R31、R32与机架连接，球副S34与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副P33连接，其中移动副P33轴线垂直于万向铰的第二转动副R32轴线；上述第一分支中转动副R13轴线与第二分支中转动副R24轴线不平行。
实施例2：
在图2所示的两转一移三自由度无过约束非对称并联机构示意图中，第三分支中的球副S31与机架1连接，万向铰R33、R34与动平台2连接，球副与万向铰之间通过移动副P32连接，其中移动副P32轴线垂直于万向铰的第一转动副R33轴线。第一分支和第二分支的部件与连接关系与实施例1相同。
实施例3：
在图3所示的两转一移三自由度无过约束非对称并联机构示意图中，第一分支中的移动副P11与机架1连接，球副S13与动平台2连接，移动副与动平台之间通过转动副R12连接，其中移动副P11的轴线垂直于转动副R12的轴线；第二分支中的移动副P21与机架连接，万向铰R23、R24与动平台连接，移动副P21与万向铰之间通过转动副R22连接，其中转动副R22轴线既平行于万向铰的第一转动副R23轴线，又垂直于移动副P21轴线；第三分支中的移动副P31与机架连接，球副S34与动平台连接，移动副与球副之间通过万向铰R32、R33连接，其中移动副P31轴线垂直于万向铰的第一转动副R32轴线；上述第一分支中的移动副P12轴线，第二分支中的移动副P21轴线和第三分支中的移动副P31轴线相互平行。
以上各实施例中，所述的移动副轴线是指与移动副的运动方向平行的直线，转动副轴线是指转动副转动时所围绕转动的中心线，万向铰的第一转动副指的是靠机架一侧的转动副，万向铰的第二转动副指的是靠动平台一侧的转动副。
Claims (3)
1.一种两转一移三自由度无过约束非对称并联机构，包括机架(1)、动平台(2)以及连接它们的三个活动分支，其特征在于：其第一分支中的第一球副(S11)与机架连接，第一转动副(R13)与动平台连接，第一球副与第一转动副之间通过第一移动副(P12)连接，其中第一移动副(P12)轴线与第一转动副(R13)轴线垂直；第二分支中的第二万向铰(R21、R22)与机架连接，第二转动副(R24)与动平台连接，第二万向铰与第二转动副之间通过第二移动副(P23)连接，其中第二转动副(R24)轴线既平行于第二万向铰的第四转动副(R22)轴线，又垂直于第二移动副(P23)轴线；第三分支中的第三万向铰(R31、R32)与机架连接、第三球副(S34)与动平台连接，第三万向铰与第三球副之间通过第三移动副(P33)连接，其中第三移动副(P33)轴线垂直于第三万向铰(R31、R32)的第六转动副(R32)轴线；上述第一分支中第一转动副(R13)轴线与第二分支中第二转动副(R24)轴线不平行。
2.一种两转一移三自由度无过约束非对称并联机构，包括机架(1)、动平台(2)以及连接它们的三个活动分支，其特征在于：其第一分支中的第一球副(S11)与机架连接，第一转动副(R13)与动平台连接，第一球副与第一转动副之间通过第一移动副(P12)连接，其中第一移动副(P12)轴线与第一转动副(R13)轴线垂直；第二分支中的第二万向铰(R21、R22)与机架连接，第二转动副(R24)与动平台连接，第二万向铰与第二转动副之间通过第二移动副(P23)连接，其中第二转动副(R24)轴线既平行于第二万向铰的第三转动副(R22)轴线，又垂直于第二移动副(P23)轴线；第三分支中的第三球副(S31)与机架连接、第三万向铰(R33、R34)与动平台连接，第三万向铰与第三球副之间通过第三移动副(P32)连接，其中第三移动副(P32)轴线垂直于第三万向铰的第四转动副(R33)轴线，上述第一分支中第一转动副(R13)轴线与第二分支中第二转动副(R24)轴线不平行。
3.一种两转一移三自由度无过约束非对称并联机构，包括机架(1)、动平台(2)以及连接它们的三个活动分支，其特征在于：第一分支中的第一移动副(P11)与机架连接，第一球副(S13)与动平台连接，第一移动副与动平台之间通过第一转动副(R12)连接，其中第一移动副(P11)轴线与第一转动副(R12)轴线垂直；第二分支中的第二移动副(P21)与机架连接，第二万向铰(R23、R24)与动平台连接，第二移动副与第二万向铰之间通过第二转动副(R22)连接，其中第二转动副(R22)轴线既平行于第二万向铰的第三转动副(R23)轴线，又垂直于第二移动副(P21)轴线；第三分支中的第三移动副(P31)与机架连接，第三球副(S34)与动平台连接，第三移动副与第三球副之间通过第三万向铰(R32、R33)连接，其中第三移动副(P31)轴线垂直于第三万向铰的第五转动副(R32)轴线；上述第一分支中的第一移动副(P11)轴线，第二分支中的第二移动副(P21)轴线和第三分支中的第三移动副(P31)轴线相互平行。
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