CN103302661A - 完全解耦的一移动两转动三自由度并联机构 - Google Patents

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Abstract

一种机器人技术领域的完全解耦的一移动两转动三自由度并联机构，包括：动平台及分别由三个分支连接的三个静平台，其中：第一分支包括：依次由连杆相连的第一一转动副、第一二转动副、第一三转动副和第一四转动副，其中：第一一转动副与第一静平台相连，第一四转动副与动平台相连；第二分支包括：依次由连杆相连的第二一转动副、第二二转动副和第二万向铰，其中：第二一转动副与第二静平台相连，第二万向铰与动平台相连。本发明能实现动平台的纯转动输出，即在动平台绕某轴转动的同时不会产生伴随的移动，故具有运动解耦性好而易于控制等优点。

Description

完全解耦的一移动两转动三自由度并联机构
技术领域
本发明涉及的是一种机器人技术领域的装置，具体是一种完全解耦的一移动两转动三自由度并联机构。
背景技术
并联机构为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。和串联机器人相比较，并联机器人具有以下优点：（1）无累积误差，精度较高；（2）驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；（3）结构紧凑，刚度高，承载能力大；根据这些特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用。而少自由度并联机构相对于6自由度并联机构来说，又具有结构简单、造价低、运动学求解相对简单、输入少且控制较易实现等特点。因此少自由度并联机构在工业机器人、虚轴数控机床、飞机运动模拟器以及医用机器人等领域具有广泛的应用前景。
对于并联机构来说，其机构运动学耦合性一般比较强，如著名的Delta机构，该机构由12个球铰、三个转动副和14个杆件组成，结构较为复杂，运动学求解繁琐。对于其他三自由度空间并联机构，特别是一移动二转动的并联机构如3-PRS、3-RPS、3-RRS等并联机构，其不能实现动平台纯转动输出，即在绕某轴转动的同时必然产生伴随的移动，故其耦合性较强，运动求解较复杂，设计加工也较复杂。
因此，设计结构简单，能实现动平台纯转动输出、运动解耦性好而易于控制的一移动两转动并联机构是实际工程应用的迫切需要。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN202292114，公开日2012-07-04，记载了一种具有两条垂直交错转轴的三自由度并联机构，包括动平台、机架及三个分支；其特征在于第一分支和第二分支串接有万向铰、移动副、连杆和转动副；第三分支串接有转动副、移动副、连杆和万向铰；第一分支和第二分支的万向铰的外部转轴轴线共线且平行于第三分支的转动副轴线；第一分支的万向铰的内部转轴轴线、转动副轴线与第二分支的万向铰的内部转轴轴线、转动副轴线相互平行且垂直于第一分支和第二分支的万向铰的外部转轴轴线；第三分支中，万向铰第一根转轴轴线平行于转动副轴线；万向铰第二根转轴轴线平行于第一分支和第二分支的转动副轴线。但该技术要求某两个万向副的某一转轴必须共线，从而使得安装难度增大；以不与机架直接相连的移动副作为主动副，增加了机构运动所需的惯性力，从而使得机构的输入力或力矩增大。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种完全解耦的一移动两转动三自由度并联机构，该机构在实现动平台的纯转动输出的同时，即在动平台绕某轴转动的同时不会产生伴随的移动。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：动平台及分别由三个分支连接的三个静平台，其中：
第一分支包括：依次由连杆相连的第一一转动副、第一二转动副、第一三转动副和第一四转动副，其中：第一一转动副与第一静平台相连，第一四转动副与动平台相连，第一二转动副、第一三转动副和第一四转动副的转轴相互平行且与第一一转动副的转轴垂直；
第二分支包括：依次由连杆相连的第二一转动副、第二二转动副和第二万向铰，其中：第二一转动副与第二静平台相连，第二万向铰与动平台相连，第二一转动副、第二二转动副的转轴及第二万向铰的第二二转轴均相互平行。
所述的第一分支的第一四转动副的转轴与第二分支的第二万向铰的第二一转轴相平行。
所述的第三分支采用以下两种中的任意一种结构：
a）该第三分支包括：依次由连杆相连的第三一转动副、第三二转动副和第三万向铰，其中：第三一转动副与第三静平台相连，第三万向铰与动平台相连，第三一转动副、第三二转动副和第三万向铰的第三二转轴均相互平行。
b）该第三分支包括：由连杆依次连接的第一球铰副、移动副和第二球铰副，其中：第一球铰副与第三静平台相连，第二球铰副与动平台相连。
当采用方案a时，所述的第三分支的第三万向铰的第三二转轴与第二分支的第二万向铰的第二二转轴相互平行，第三万向铰的第三一转轴与第二万向铰的第二一转轴为共线设置。
动平台可实现空间内的两个转动自由度和一个移动自由度；其中一个转动自由度是动平台可绕第一分支的第一一转轴的轴线转动，另一个转动自由度是动平台可绕第二分支的第二万向铰的的第二一转轴转动；移动自由度是动平台可沿第一分支的第一一转动副的轴线与第二分支的第二一转动副的轴线的公垂线方向移动。
动平台的运动特点是：动平台能实现绕上述转动轴线的纯转动，而不产生伴随的移动；动平台能实现沿上述移动方向的纯移动，而不产生伴随的转动。由此可知该机构运动完全解耦，故具有运动求解较容易、控制较易的优点。
技术效果
与现有技术相比，本发明可以与机架直接相连的转动副作为主动副，从而减小机构运动所需的惯性力；合理选择某一转轴必须共线的两万向副的位置，从而减小安装难度；甚至不需要两万向副某轴线共线的安装条件，从而大大减小的机构的安装条件，减少成本。
由于不含有球铰或者含有较少的球铰，故本发明结构简单，制造精度要求可以降低，制造成本也可以降低。
附图说明
图1为实施例1的结构图；
图2为实施例2的结构图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，动平台M通过三个分支与第一静平台F1、第二静平台F2、第三静平台F3并联连接：
第一分支A1中，第一一转动副R1a连接第一静平台F1与第一上连杆11，第一二转动副R1b连接第一上连杆11与第一中连杆12，第一三转动副R1c连接第一中连杆12与第一下连杆13，第一四转动副R1d连接第一下连杆13与动平台M；
第二分支A2中，第二一转动副R2a连接第二静平台F2与第二上连杆21，第二二转动副R2b连接第二上连杆21与第二下连杆22，第二万向铰U2c连接第二下连杆22与动平台M；
第三分支A3中，第三一转动副R3a连接第三静平台F3与第三上连杆31，第三二转动副R3b连接第三上连杆31与第三下连杆32，第三万向铰U3c连接第三下连杆32与动平台M；
其中：各分支的运动副满足如下关系：
第一分支A1中R1b、R1c、R1d转动副轴线相互平行，第一一转动副R1a与第一二转动副R1b轴线相互垂直；
第二分支A2中R2a、R2b转动副轴线和第二万向铰U2c中第二二转轴L22相互平行；
第三分支A3中R3a、R3b转动副轴线和第三万向铰U3c中第三二转轴L32相互平行；
第一分支A1中第一一转动副R1a、第二分支A2中第二一转动副R2a以及第三分支A3中第三一转动副R3a的轴线相互平行；
第二分支A2中第二万向铰U2c的第二一转轴L21与第一分支A1中第一四转动副R1d轴线相互平行；
第二分支A2中第二万向铰U2c的第二一转轴L21与第三分支A3中第三万向铰U3c的第三一转轴L31共线；
第二分支A2中的第二万向铰U2c与第三分支A3中的第三万向铰U3c，以第一分支A1中的第一四转动副R1d为基准对称布置。
实施例2
如图2所示，动平台M通过三个分支与第一静平台F1、第二静平台F2、第三静平台F3并联连接：
第一分支A1中，第一一转动副R1a连接第一静平台F1与第一上连杆11，第一二转动副R1b连接第一上连杆11与第一中连杆12，第一三转动副R1c连接第一中连杆12与第一下连杆13，第一四转动副R1d连接第一下连杆13与动平台M；
第二分支A2中，第二一转动副R2a连接第二静平台F2与第二上连杆21，第二二转动副R2b连接第二上连杆21与第二下连杆22，第二万向铰U2c连接第一中连杆12与动平台M；
第三分支A3中，第一球铰副S1连接第三静平台F3与第三上连杆31，移动副P连接第三上连杆31与第三下连杆32，第二球铰副S2连接第三下连杆32与动平台M；
其中：各分支的运动副满足如下关系：
第一分支A1中R1b、R1c、R1d转动副轴线相互平行，第一一转动副R1a与第一二转动副R1b轴线相互垂直；
第二分支A2中R2a、R2b转动副轴线和第二万向铰U2c中第二二转轴L22相互平行；
第一分支A1中第一一转动副R1a的轴线与第二分支A2中第二一转动副R2a的轴线相互平行；
第二分支A2中U2c副的第二一转轴L21与第一分支A1中第一四转动副R1d轴线相互平行。

Claims (4)

1.一种完全解耦的一移动两转动三自由度并联机构，其特征在于，包括：动平台及分别由三个分支连接的三个静平台，其中：
第一分支包括：依次由连杆相连的第一一转动副、第一二转动副、第一三转动副和第一四转动副，其中：第一一转动副与第一静平台相连，第一四转动副与动平台相连，第一二转动副、第一三转动副和第一四转动副的转轴相互平行且与第一一转动副的转轴垂直；
第二分支包括：依次由连杆相连的第二一转动副、第二二转动副和第二万向铰，其中：第二一转动副与第二静平台相连，第二万向铰与动平台相连，第二一转动副、第二二转动副的转轴及第二万向铰的第二二转轴均相互平行。
2.根据权利要求1所述的机构，其特征是，所述的第一分支的第一四转动副的转轴与第二分支的第二万向铰的第二一转轴相平行。
3.根据权利要求1或2所述的机构，其特征是，所述的第三分支采用以下两种中的任意一种结构：
a）该第三分支包括：依次由连杆相连的第三一转动副、第三二转动副和第三万向铰，其中：第三一转动副与第三静平台相连，第三万向铰与动平台相连，第三一转动副、第三二转动副和第三万向铰的第三二转轴均相互平行；
b）该第三分支包括：由连杆依次连接的第一球铰副、移动副和第二球铰副，其中：第一球铰副与第三静平台相连，第二球铰副与动平台相连。
4.根据权利要求3所述的机构，其特征是，当采用方案a)时，所述的第三分支的第三万向铰的第三二转轴与第二分支的第二万向铰的第二二转轴相互平行，第三万向铰的第三一转轴与第二万向铰的第二一转轴为共线设置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103495970A (zh) * 2013-10-12 2014-01-08 浙江理工大学 一种三自由度并联机构
CN104626120A (zh) * 2015-01-20 2015-05-20 江南大学 一种(1t1r)&2r四自由度解耦混联机构
CN104626121A (zh) * 2015-01-20 2015-05-20 江南大学 一种(2r)&1t1r四自由度解耦混联机构
CN105291094A (zh) * 2015-11-27 2016-02-03 中国地质大学（武汉） 一种平动与转动解耦的六自由度重载机器人机构
CN107351059A (zh) * 2017-06-09 2017-11-17 深圳先进技术研究院 一种二自由度解耦的并联机构
WO2018223362A1 (zh) * 2017-06-09 2018-12-13 深圳先进技术研究院 一种二自由度解耦的并联机构

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001121460A (ja) * 1999-10-25 2001-05-08 Kansai Tlo Kk ロボット用パラレルリンク機構
CN201389855Y (zh) * 2009-04-09 2010-01-27 浙江理工大学 具有两转一移三自由度的并联机构
CN102126217A (zh) * 2011-04-12 2011-07-20 浙江理工大学 具有两转一移三自由度的非对称结构并联机构
CN102303313A (zh) * 2011-08-16 2012-01-04 河南科技大学 一种非对称完全各向同性三自由度空间并联机器人机构
CN102699904A (zh) * 2012-07-03 2012-10-03 河北工业大学 一种六自由度三支链并联机器人机构
CN102922310A (zh) * 2012-11-01 2013-02-13 北京创航科技发展有限公司 一种2t1r三自由度空间并联机构
CN103144106A (zh) * 2013-03-13 2013-06-12 燕山大学 具有两转一移三自由度的非对称并联机构

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001121460A (ja) * 1999-10-25 2001-05-08 Kansai Tlo Kk ロボット用パラレルリンク機構
CN201389855Y (zh) * 2009-04-09 2010-01-27 浙江理工大学 具有两转一移三自由度的并联机构
CN102126217A (zh) * 2011-04-12 2011-07-20 浙江理工大学 具有两转一移三自由度的非对称结构并联机构
CN102303313A (zh) * 2011-08-16 2012-01-04 河南科技大学 一种非对称完全各向同性三自由度空间并联机器人机构
CN102699904A (zh) * 2012-07-03 2012-10-03 河北工业大学 一种六自由度三支链并联机器人机构
CN102922310A (zh) * 2012-11-01 2013-02-13 北京创航科技发展有限公司 一种2t1r三自由度空间并联机构
CN103144106A (zh) * 2013-03-13 2013-06-12 燕山大学 具有两转一移三自由度的非对称并联机构

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103495970A (zh) * 2013-10-12 2014-01-08 浙江理工大学 一种三自由度并联机构
CN103495970B (zh) * 2013-10-12 2016-07-06 浙江理工大学 一种三自由度并联机构
CN104626120A (zh) * 2015-01-20 2015-05-20 江南大学 一种(1t1r)&2r四自由度解耦混联机构
CN104626121A (zh) * 2015-01-20 2015-05-20 江南大学 一种(2r)&1t1r四自由度解耦混联机构
CN105291094A (zh) * 2015-11-27 2016-02-03 中国地质大学（武汉） 一种平动与转动解耦的六自由度重载机器人机构
CN105291094B (zh) * 2015-11-27 2017-02-01 中国地质大学（武汉） 一种平动与转动解耦的六自由度重载机器人机构
CN107351059A (zh) * 2017-06-09 2017-11-17 深圳先进技术研究院 一种二自由度解耦的并联机构
WO2018223362A1 (zh) * 2017-06-09 2018-12-13 深圳先进技术研究院 一种二自由度解耦的并联机构
US11458614B2 (en) 2017-06-09 2022-10-04 Shenzhen Institutes Of Advanced Technology 2 degree-of-freedoms decoupling parallel mechanism

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