CN103144106A - 具有两转一移三自由度的非对称并联机构 - Google Patents
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Abstract
一种具有两转一移三自由度的非对称并联机构，其包括动平台、机架和连接它们的三个并联分支，其中第一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转动副连接；第二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转动副连接；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副连接；上述第一分支中连接动平台的转动副轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副轴线；上述第一分支中万向铰的第一转动副轴线平行于第三分支中连接机架的转动副轴线。本发明分支机构简单、输入输出解耦、加工装配简单、控制容易实现，具有良好的应用前景。
Description
技术领域 本发明属于机器人领域，特别涉及一种非对称并联机构。
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，在该主轴头上附加一个二自由度的转头，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苛刻的几何条件，配合精度要求非常高，反之，如若达不到该几何条件，则机构的性能就达不到要求，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，导致标定和控制很难。
发明内容 本发明的目的在于提供一种分支结构简单、加工制造方便、控制容易实现的具有两转一移三自由度的非对称并联机构。本发明包括动平台、机架和连接它们的三个并联分支，其由七种连接方式：
第一种连接方式：第一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转动副连接，其中上述两个转动副轴线与万向铰的第二转动副轴线相互平行；第二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转动副连接，其中转动副轴线平行于万向铰的第二转动副轴线；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副连接，其中上述两个转动副轴线与万向铰的第一转动副轴线相互平行；上述第一分支中连接动平台的转动副轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副轴线；上述第一分支中万向铰的第一转动副轴线平行于第三分支中连接机架的转动副轴线。
第二种连接方式：第一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转动副连接，其中上述两个转动副轴线与万向铰的第二转动副轴线相互平行；第二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；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副连接，其中上述两个转动副轴线与万向铰的第一转动副轴线相互平行；上述第一分支中连接动平台的转动副轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副轴线；上述第一分支中万向铰的第一转动副轴线平行于第三分支中连接机架的转动副轴线。
第三种连接方式：第一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转动副连接，其中上述两个转动副轴线与万向铰的第二转动副轴线相互平行；第二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转动副连接，其中转动副轴线平行于万向铰的第二转动副轴线；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰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一转动副轴线，又垂直于移动副轴线。
第四种连接方式：第一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；第二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转动副连接，其中转动副轴线平行于万向铰的第二转动副轴线；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副连接，其中上述两个转动副轴线与万向铰的第一转动副轴线相互平行。
第五种连接方式：第一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；第二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；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副连接，其中两个转动副轴线与万向铰的第一转动副轴线相互平行；上述第一分支中连接动平台的转动副轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副轴线；第一分支中万向铰的第一转动副轴线平行于第三分支中连接机架的转动副轴线。
第六种连接方式：第一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；第二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转动副连接，其中转动副轴线平行于万向铰的第二转动副轴线；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰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一转动副轴线，又垂直于移动副轴线。
第七种连接方式：第一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转动副连接，其中转动副轴线平行于万向铰的第二转动副轴线；第二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；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰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一转动副轴线，又垂直于移动副轴线。
本发明与现有技术相比具有突出的优点：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，运动学解耦，加工制造比较方便，控制容易实现，具有很良好的应用前景。
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。
图4是本发明实施例4的立体示意图。
图5是本发明实施例5的立体示意图。
图6是本发明实施例6的立体示意图。
图7是本发明实施例7的立体示意图。
具体实施方式：
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
以下各实施例中，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，万向铰中的第一转动副指的是靠近机架的转动副，万向铰中的第二转动副指的是靠近动平台的转动副。
实施例1：
在图1所示的具有两转一移三自由度的非对称并联机构示意图中，第一分支中的万向铰R11、R12与机架1连接，转动副R14与动平台2连接，万向铰与转动副之间通过转动副R13连接，其中上述两个转动副R14、R13轴线与万向铰的第二转动副R12轴线相互平行；第二分支中的万向铰R21、R22与机架连接，球副S24与动平台连接，万向铰与球副之间通过转动副R23连接，其中转动副R23轴线平行于万向铰的第二转动副R22轴线；第三分支中的转动副R31与机架连接，万向铰R33、R34与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副R32连接，其中上述两个转动副R31、R32轴线与万向铰的第一转动副R33轴线相互平行；上述第一分支中的转动副R14轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副R34轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副R11轴线平行于第三分支中转动副R31轴线。
实施例2：
在图2所示的具有两转一移三自由度的非对称并联机构示意图中，第一分支中的万向铰R11、R12与机架1连接，转动副R14与动平台2连接，万向铰与转动副之间通过转动副R13连接，其中上述两个转动副R14、R13轴线与万向铰的第二转动副R12轴线相互平行；第二分支中的万向铰R21、R22与机架1连接，球副S24与动平台2连接，万向铰与球副之间通过移动副P23连接，其中移动副P23轴线垂直于万向铰的第二转动副R22轴线；第三分支中的转动副R31与机架连接，万向铰R33、R34与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副R32连接，其中上述两个转动副R31、R32轴线与万向铰的第一转动副R33轴线相互平行；上述第一分支中转动副R14轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副R34轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副R11轴线平行于第三分支中转动副R31轴线。
实施例3：
在图3所示的具有两转一移三自由度的非对称并联机构示意图中，第一分支中的万向铰R11、R12与机架1连接，转动副R14与动平台2连接，万向铰与转动副之间通过转动副R13连接，其中上述两个转动副R13、R14轴线与万向铰的第二转动副R12轴线相互平行；第二分支中的万向铰R21、R22与机架连接，球副S24与动平台连接，万向铰与球副之间通过转动副R23连接，其中转动副R23轴线平行于万向铰的第二转动副R22轴线；第三分支中的转动副R31与机架连接，万向铰R33、R34与动平台连接，转动副与万向铰之间通过移动副P32连接，其中转动副R31轴线既平行于万向铰的第一转动副R33轴线，又垂直于移动副P32轴线；上述第一分支中转动副R14轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副R34轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副R11轴线平行于第三分支中转动副R31轴线。
实施例4：
在图4所示的具有两转一移三自由度的非对称并联机构示意图中，第一分支中的万向铰R11、R12与机架1连接，转动副R14与动平台2连接，万向铰与转动副之间通过移动副P13连接，其中转动副R14轴线既平行于万向铰的第二转动副R12轴线，又垂直于移动副P13轴线；第二分支中的万向铰R21、R22与机架连接，球副S24与动平台连接，万向铰与球副之间通过转动副R23连接，其中转动副R23轴线平行于万向铰的第二转动副R22轴线；第三分支中的转动副R31与机架连接，万向铰R33、R34与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副R32连接，其中上述两个转动副R31、R32轴线与万向铰的第一转动副R33轴线相互平行；上述第一分支中转动副R14轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副R34轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副R11轴线平行于第三分支中转动副R31轴线。
实施例5：
在图5所示的具有两转一移三自由度的非对称并联机构示意图中，第一分支中的万向铰R11、R12与机架1连接，转动副R14与动平台2连接，万向铰与转动副之间通过移动副P13连接，其中转动副R14轴线既平行于万向铰的第二转动副R12轴线，又垂直于移动副P13轴线；第二分支中的万向铰R21、R22与机架连接，球副S24与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副P23连接，其中移动副P23轴线垂直于万向铰的第二转动副R22轴线；第三分支中的转动副R31与机架连接，万向铰R33、R34与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副R32连接，其中两个转动副R31、R32轴线与万向铰的第一转动副R33轴线相互平行；上述第一分支中转动副R14轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副R34轴线；上述第一分支中万向铰的第一转动副R11轴线平行于第三分支中转动副R31轴线。
实施例6：
在图6所示的具有两转一移三自由度的非对称并联机构示意图中，第一分支中的万向铰R11、R12与机架1连接，转动副R14与动平台2连接，万向铰与转动副之间通过移动副P13连接，其中转动副R14轴线既平行于万向铰的第二转动副R12轴线，又垂直于移动副P13轴线；第二分支中的万向铰R21、R22与机架连接，球副S24与动平台连接，万向铰与球副之间通过转动副R23连接，其中转动副R23轴线平行于万向铰的第二转动副R22轴线；第三分支中的转动副R31与机架连接，万向铰R33、R34与动平台连接，转动副与万向铰之间通过移动副P32连接，其中转动副R31轴线既平行于万向铰的第一转动副R33轴线，又垂直于移动副P32轴线；上述第一分支中转动副R14轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副R34轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副R11轴线平行于第三分支中转动副R31轴线。
实施例7：
在图7所示的具有两转一移三自由度的非对称并联机构示意图中，第一分支中的万向铰R11、R12与机架1连接，转动副R14与动平台2连接，万向铰与转动副之间通过转动副R13连接，其中转动副R14、R13轴线平行于万向铰的第二转动副R12轴线；第二分支中的万向铰R21、R22与机架连接，球副S24与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副P23连接，其中移动副P23轴线垂直于万向铰的第二转动副R22轴线；第三分支中的转动副R31与机架连接，万向铰R33、R34与动平台连接，转动副与万向铰之间通过移动副P32连接，其中转动副R31轴线既平行于万向铰的第一转动副R33轴线，又垂直于移动副P32轴线；上述第一分支中转动副R14轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副R34轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副R11轴线平行于第三分支中转动副R31轴线。
Claims (7)
1.一种具有两转一移三自由度的非对称并联机构，包括机架（1）、动平台（2）以及连接它们的三个分支，其特征在于：第一分支中的万向铰（R11、R12）与机架连接，转动副（R14）与动平台连接，万向铰与转动副之间通过转动副（R13）连接，其中上述两个转动副（R14、R13）轴线与万向铰的第二转动副（R12）轴线相互平行；第二分支中的万向铰（R21、R22）与机架连接，球副（S24）与动平台连接，万向铰与球副之间通过转动副（R23）连接，其中转动副（R23）轴线平行于万向铰的第二转动副（R22）轴线；第三分支中的转动副（R31）与机架连接，万向铰（R33、R34）与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副（R32）连接，其中上述两个转动副（R31、R32）轴线与万向铰的第一转动副（R33）轴线相互平行；上述第一分支中的转动副（R14）轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副（R34）轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副（R11）轴线平行于第三分支中转动副（R31）轴线。
2.一种具有两转一移三自由度的非对称并联机构，包括机架（1）、动平台（2）以及连接它们的三个分支，其特征在于：第一分支中的万向铰（R11、R12）与机架连接，转动副（R14）与动平台连接，万向铰与转动副之间通过转动副（R13）连接，其中上述两个转动副（R14、R13）轴线与万向铰的第二转动副（R12）轴线相互平行；第二分支中的万向铰（R21、R22）与机架1连接，球副（S24）与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副（P23）连接，其中移动副（P23）轴线垂直于万向铰的第二转动副（R22）轴线；第三分支中的转动副（R31）与机架连接，万向铰（R33、R34）与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副（R32）连接，其中上述两个转动副（R31、R32）轴线与万向铰的第一转动副（R33）轴线相互平行；上述第一分支中转动副（R14）轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副（R34）轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副（R11）轴线平行于第三分支中转动副（R31）轴线。
3.一种具有两转一移三自由度的非对称并联机构，包括机架（1）、动平台（2）以及连接它们的三个分支，其特征在于：第一分支中的万向铰（R11、R12）与机架1连接，转动副（R14）与动平台连接，万向铰与转动副之间通过转动副（R13）连接，其中上述两个转动副（R13、R14）轴线与万向铰的第二转动副（R12）轴线相互平行；第二分支中的万向铰（R21、R22）与机架连接，球副（S24）与动平台连接，万向铰与球副之间通过转动副（R23）连接，其中转动副（R23）轴线平行于万向铰的第二转动副（R22）轴线；第三分支中的转动副（R31）与机架连接，万向铰（R33、R34）与动平台连接，转动副与万向铰之间通过移动副（P32）连接，其中转动副（R31）轴线既平行于万向铰的第一转动副（R33）轴线，又垂直于移动副（P32）轴线；上述第一分支中转动副（R14）轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副（R34）轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副（R11）轴线平行于第三分支中转动副（R31）轴线。
4.一种具有两转一移三自由度的非对称并联机构，包括机架（1）、动平台（2）以及连接它们的三个分支，其特征在于：第一分支中的万向铰（R11、R12）与机架连接，转动副（R14）与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副（P13）连接，其中转动副（R14）轴线既平行于万向铰的第二转动副（R12）轴线，又垂直于移动副（P13）轴线；第二分支中的万向铰（R21、R22）与机架连接，球副（S24）与动平台连接，万向铰与球副之间通过转动副（R23）连接，其中转动副（R23）轴线平行于万向铰的第二转动副（R22）轴线；第三分支中的转动副（R31）与机架连接，万向铰（R33、R34）与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副（R32）连接，其中上述两个转动副（R31、R32）轴线与万向铰的第一转动副（R33）轴线相互平行；上述第一分支中转动副（R14）轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副（R34）轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副（R11）轴线平行于第三分支中转动副（R31）轴线。
5.一种具有两转一移三自由度的非对称并联机构，包括机架（1）、动平台（2）以及连接它们的三个分支，其特征在于：第一分支中的万向铰（R11、R12）与机架连接，转动副（R14）与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副（P13）连接，其中转动副（R14）轴线既平行于万向铰的第二转动副（R12）轴线，又垂直于移动副（P13）轴线；第二分支中的万向铰（R21、R22）与机架连接，球副（S24）与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副（P23）连接，其中移动副（P23）轴线垂直于万向铰的第二转动副（R22）轴线；第三分支中的转动副（R31）与机架连接，万向铰（R33、R34）与动平台连接，转动副与万向铰之间通过转动副（R32）连接，其中两个转动副（R31、R32）轴线与万向铰的第一转动副（R33）轴线相互平行；上述第一分支中转动副（R14）轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副（R34）轴线；上述第一分支中万向铰的第一转动副（R11）轴线平行于第三分支中转动副（R31）轴线。
6.一种具有两转一移三自由度的非对称并联机构，包括机架（1）、动平台（2）以及连接它们的三个分支，其特征在于：第一分支中的万向铰（R11、R12）与机架连接，转动副（R14）与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副（P13）连接，其中转动副（R14）轴线既平行于万向铰的第二转动副（R12）轴线，又垂直于移动副（P13）轴线；第二分支中的万向铰（R21、R22）与机架连接，球副（S24）与动平台连接，万向铰与球副之间通过转动副（R23）连接，其中转动副（R23）轴线平行于万向铰的第二转动副（R22）轴线；第三分支中的转动副（R31）与机架连接，万向铰（R33、R34）与动平台连接，转动副与万向铰之间通过移动副（P32）连接，其中转动副（R31）轴线既平行于万向铰的第一转动副（R33）轴线，又垂直于移动副（P32）轴线；上述第一分支中转动副（R14）轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副（R34）轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副（R11）轴线平行于第三分支中转动副（R31）轴线。
7.一种具有两转一移三自由度的非对称并联机构，包括机架（1）、动平台（2）以及连接它们的三个分支，其特征在于：第一分支中的万向铰（R11、R12）与机架连接，转动副（R14）与动平台连接，万向铰与转动副之间通过转动副（R13）连接，其中转动副（R14、R13）轴线平行于万向铰的第二转动副（R12）轴线；第二分支中的万向铰（R21、R22）与机架连接，球副（S24）与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副（P23）连接，其中移动副（P23）轴线垂直于万向铰的第二转动副（R22）轴线；第三分支中的转动副（R31）与机架连接，万向铰（R33、R34）与动平台连接，转动副与万向铰之间通过移动副（P32）连接，其中转动副（R31）轴线既平行于万向铰的第一转动副（R33）轴线，又垂直于移动副（P32）轴线；上述第一分支中转动副（R14）轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副（R34）轴线，上述第一分支中万向铰的第一转动副（R11）轴线平行于第三分支中转动副（R31）轴线。
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