CN103495970A - 一种三自由度并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三自由度并联机构。目的是提供的机构应具有结构简单、刚度高、便于制造安装和易于运动控制的优点。技术方案是：一种三自由度并联机构，包括机架、动平台以及连接机架和动平台之间的三个分支，其中第一分支、第二分支对称于动平台布置；第三分支依次包括万向铰、移动副、导杆、第一转动副、连杆、第二转动副；其特征在于：第一分支和第二分支分别依次包括移动副、导杆、第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆以及万向铰；或者分别依次包括第一转动副、移动副、导杆、第二转动副、连杆以及万向铰；或者分别依次包括转动副、第一连杆、移动副、导杆以及球铰；或者分别依次包括移动副、导杆、第一转动副、第一连杆以及球铰。
Description
ー种三自由度并联机构
技术领域
[0001] 本发明涉及一种机器人机构，特别是可以实现两转ー移的三自由度并联机构。
背景技术
[0002] 从Steward机构在轮胎测试及飞行模拟器上的成功应用开始，并联机构一直成为诸多学者研究的对象。并联机构(PM)相比与传统的串联机构，具有更大的刚度、负载和更高的精度。从一定意义上来说，并联机构同时具备了数控机床(高刚度、高精度、高速度)和エ业机器人(低成本、灵活、易于集成)的优点。但是并联机构，特别是多自由度并联机构的运算复杂是一大难题，所以寻找ー个能够实现相应操作的少自由度并联机构，可以有效地简化运算、控制及降低制造成本。
[0003] 具有两转ー移三个自由度的并联机构是少自由度并联机构中的典型代表之一；诸如3-PRS类并联机构，它被广泛用于望远镜聚焦装置、微操作机械手、运动模拟器、加工中心主轴头等。
[0004] 现有的两转ー移三自由度并联机构，如:US6431802、CA2349576、ZL200610013608.3、ES59905578D等都存在运动学模型复杂，控制及标定困难的问题。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术存在的不足，提供ー种可以实现两转ー移的三自由度并联机构，该机构应具有结构简单、刚度高、便于制造安装和易于运动控制的优点。
[0006] 本发明采用的技术方案是:ー种三自由度并联机构，包括机架、动平台以及连接机架和动平台之间的三个分支，其中第一分支、第二分支对称于动平台布置；第三分支依次包括万向铰、移动副、导杆、第一转动副、连杆、第二转动副；
[0007] 其特征在于:第一分支和第二分支分别依次包括移动副、导杆、第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆以及万向铰；或者分别依次包括第一转动副、移动副、导杆、第ニ转动副、连杆以及万向铰；或者分别依次包括转动副、第一连杆、移动副、导杆以及球铰；或者分别依次包括移动副、导杆、第一转动副、第一连杆以及球铰。
[0008] 所述第一分支中的移动副与第二分支中的移动副的运动方向相互平行；第一分支、第二分支中的移动副轴线垂直于转动副的轴线。
[0009] 所述第一分支、第二分支中:万向铰中的两个转动副轴线与第一转动副、第二转动副的轴线始终垂直。
[0010] 第三分支中，万向铰中的水平转动轴线与第一转动副、第二转动副的轴线始终垂直，移动副轴线垂直于第一转动副、第二转动副的轴线。
[0011] 所述第一分支万向铰中连接动平台的转动轴与第二分支万向铰中连接动平台的转动轴共轴且平行于第三分支连接动平台的转动副轴线。
[0012] 所述机构的驱动副为各分支上的移动副，驱动方式为由伺服电机带动的滚珠丝杠机构。
[0013] 本发明的有益效果是:
[0014] 本发明可实现空间的两个转动自由度和一个移动自由度，由于采用对称结构，具有结构简单，刚度高，便于制造安装和易于运动控制的优点。
附图说明
[0015] 图1是本发明实施例1的立体结构示意图。
[0016] 图2是本发明实施例2的立体结构示意图。
[0017] 图3是本发明实施例3的立体结构示意图。
[0018] 图4是本发明实施例4的立体结构示意图。
具体实施方式
[0019] 以下结合附图所示的实施例进ー步说明。
[0020] 实施例1如图1所示，该实施例为三自由度并联机构，包括机架(由两个第一机架11以及第三机架31组成)、动平台4以及连接机架和动平台之间的三个分支。其中，第三分支依次包括万向铰3U、移动副3P (由导杆33与滑块32组成)、导杆33、第一转动副3凡、连杆34、第二转动副3R2 ;第一分支和第二分支对称于动平台布置，且分别依次包括移动副1P、导杆12、第一转动副IR1、第一连杆13、第二转动副IR2、第二连杆14以及万向铰IU ;第一分支中:移动副IP轴线垂直于第一转动副IR1、第二转动副IR2的轴线，万向铰IU中的两个转动副的轴线与第一转动副、第二转动副的轴线始終垂直，第二分支与第一分支相同。第三分支中:万向铰3U中的水平转动副轴线与第一转动副3も、第二转动副3R2的轴线始终垂直，移动副3P轴线垂直于第一转动副、第二转动副的轴线；第一分支万向铰IU中连接动平台的转动轴与第二分支万向铰2U中连接动平台的转动轴共轴且与第三分支连接动平台的转动副3R2平行。
[0021] 实施例2如图2所示，该实施例也为三自由度并联机构，包括机架(由两个第一机架11以及第三机架31组成)、动平台4以及连接机架和动平台之间的三个分支。其中，第三分支依次包括万向铰3U、移动副3P (由导杆33与滑块32组成)、导杆33、第一转动副3も、连杆34、第二转动副3R2 ;第一分支和第二分支对称于动平台布置，且分别依次包括第一转动副IR1、移动副13、导杆1P、第二转动副IR2、连杆14以及万向铰1U。第一分支中:移动副IP轴线垂直于第一转动副IR1、第二转动副IR2的轴线，万向铰IU中的两个转动副的轴线与第一转动副、第二转动副的轴线始終垂直；第二分支与第一分支相同。第三分支中:万向铰3U中的水平转动副轴线与第一转动副3も、第二转动副3R2的轴线始终垂直，移动副3P轴线垂直于第一转动副、第二转动副的轴线；第一分支万向铰IU中连接动平台的转动轴与第二分支万向铰2U中连接动平台的转动轴共轴且与第三分支连接动平台的转动副3R2平行。
[0022] 实施例3如图3所示，该实施例也为三自由度并联机构，包括机架(由两个第一机架11以及第三机架31组成)、动平台4以及连接机架和动平台之间的三个分支。其中，第三分支依次包括万向铰3U、移动副3P (由导杆33与滑块32组成)、导杆33、第一转动副3も、连杆34、第二转动副3R2 ;第一分支和第二分支对称于动平台布置，且分别依次包括转动副IR、第一连杆13、移动副1P、导杆12以及球铰1S。第一分支中:移动副IP轴线垂直于转动副IR的轴线，第二分支与第一分支相同。第三分支中:万向铰3U中的水平转动副轴线与第一转动副3も、第二转动副3R2的轴线始终垂直，移动副3P轴线垂直于第一转动副、第二转动副的轴线；第一分支万向铰IU中连接动平台的转动轴与第二分支万向铰2U中连接动平台的转动轴共轴且与第三分支连接动平台的转动副3R2平行。
[0023] 实施例4如图4所示，该实施例也为三自由度并联机构，包括机架(由两个第一机架11以及第三机架31组成)、动平台4以及连接机架和动平台之间的三个分支。其中，第三分支依次包括万向铰3U、移动副3P (由导杆33与滑块32组成)、导杆33、第一转动副3も、连杆34、第二转动副3R2 ;第一分支和第二分支对称于动平台布置，且分别依次包括移动副1P、导杆12、转动副IR、第一连杆13以及球铰1S。第一分支中:移动副IP轴线垂直于转动副IR的轴线，第二分支与第一分支相同。第三分支中:万向铰3U中的水平转动副轴线与第一转动副3も、第二转动副3R2的轴线始终垂直，移动副3P轴线垂直于第一转动副、第二转动副的轴线；第一分支万向铰IU中连接动平台的转动轴与第二分支万向铰2U中连接动平台的转动轴共轴且与第三分支连接动平台的转动副3R2平行。
[0024] 上述各实施例中，所述机构的驱动副为各分支上的移动副，驱动方式为由伺服电机带动的滚珠丝杠机构。
Claims (6)
1.ー种三自由度并联机构，包括机架、动平台(4)以及连接机架和动平台之间的三个分支，其中第一分支、第二分支对称于动平台布置；第三分支依次包括万向铰(3U)、移动副(3P)、导杆(33)、第一转动副(3も)、连杆(34)、第二转动副(3R2)； 其特征在于:第一分支和第二分支分别依次包括移动副(1P)、导杆(12)、第一转动副(IR1X第一连杆(13)、第二转动副(IR2)、第二连杆(14)以及万向铰(IU);或者分别依次包括第一转动副、移动副、导杆、第二转动副、连杆以及万向铰；或者分别依次包括转动副(IR)、第一连杆、移动副、导杆以及球铰(IS);或者分别依次包括移动副、导杆、第一转动副、第一连杆以及球铰。
2.根据权利要求1所述的ー种三自由度并联机构，其特征在于:所述第一分支中的移动副与第二分支中的移动副的运动方向相互平行；第一分支、第二分支中的移动副轴线垂直于转动副的轴线。
3.根据权利要求2所述的ー种三自由度并联机构，其特征在于:所述第一分支、第二分支中:万向铰中的两个转动副轴线与第一转动副、第二转动副的轴线始终垂直。
4.根据权利要求3所述的ー种三自由度并联机构，其特征在于:第三分支中，万向铰中的水平转动轴线与第一转动副、第二转动副的轴线始終垂直，移动副轴线垂直于第一转动畐IJ、第二转动副的轴线。
5.根据权利要求4所述的ー种三自由度并联机构，其特征在于:所述第一分支万向铰中连接动平台的转动轴与第二分支万向铰中连接动平台的转动轴共轴且平行于第三分支连接动平台的转动副轴线。
6.根据权利要求5所述的ー种三自由度并联机构，其特征在于:所述机构的驱动副为各分支上的移动副，驱动方式为由伺服电机带动的滚珠丝杠机构。
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