CN103600346A - 一种3自由度空间定位并联机构 - Google Patents

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李秦川
吴伟峰
陈巧红
武传宇
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Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Zhejiang University of Science and Technology ZUST
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Abstract

本发明涉及一种3自由度空间定位并联机构。目的是提供的并联机构应具有转动轴线明确且不相交、伴随运动简单、结构简单、加工组装容易及易于控制等优点。技术方案是：一种3自由度空间定位并联机构，包括动平台、机架以及连接在机架和动平台之间的三个分支机构，其中第一分支和第二分支对称于动平台布置，其特征在于：所述第一分支和第二分支分别依次包括球铰、移动副、导杆、转动副。

Description

一种3自由度空间定位并联机构
技术领域
本发明涉及数控机床技术领域，具体是一种并联机器人机构。
背景技术
并联机构一般由定平台（机架）、动平台以及连接这两个平台的若干个分支构成。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）和工业机器人（低成本、灵活、易于集成）的优点。由于并联机构与串联机构在性能上的互补性，因此被广泛应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、多轴数控机床等领域中，对工业、医疗、食品等行业都作出了巨大的贡献。
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。但在实际应用中，由于多自由度的需求较少（尤其是6自由度）而且多余的自由度会增加制造成本及维护成本，所以应运而生了大量的少自由度并联机构。其中，两转一移并联机构是少自由度并联机构中的重要一类，是少自由度并联机构中极具工程应用价值的一类：
如1983年提出的3-RPS并联机构，该机构动平台上的参考坐标点在空间不同位置时，两个转动轴线不能任意或者较难给出，其伴随运动也较为复杂，因此在实际应用中很难较好地运用；中国专利ZL200410069387.2在3-RPS机构的基础上增加了冗余驱动分支构成四分支的并联机构，但也存在转动轴线不连续的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服背景技术存在的不足，提供一种3自由度空间定位并联机构，该并联机构应具有转动轴线明确且不相交、伴随运动简单、结构简单、加工组装容易及易于控制等优点。
本发明的技术方案是：一种3自由度空间定位并联机构，包括动平台、机架以及连接在机架和动平台之间的三个分支机构，其中第一分支和第二分支对称于动平台布置，其特征在于：所述第一分支和第二分支分别依次包括球铰、移动副、导杆、转动副；
所述第三分支分别依次包括转动副、移动副、导杆、球铰；或者分别依次包括第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、球铰。
所述第一分支与第二分支中转动副轴线相互平行，并且移动副轴线垂直于转动副轴线。
所述第三分支中转动副轴线垂直于移动副轴线，第三分支中转动副轴线垂直于第一分支与第二分支中转动副轴线。
所述第三分支中第一转动副与第二转动副轴线相互平行，并且第一转动副轴线垂直于第一分支与第二分支中转动副轴线。
一种3自由度空间定位并联机构，包括动平台、机架以及连接在机架和动平台之间的三个分支机构，其中第一分支和第二分支对称于动平台布置，其特征在于：所述第三分支分别依次包括球铰、移动副、导杆、转动副；
所述第一分支和第二分支分别依次包括转动副、移动副、导杆、球铰；或者分别依次包括第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、球铰。
所述第三分支中移动副轴线垂直于转动副轴线。
所述第一分支和第二分支中移动副轴线垂直于转动副轴线；所述第一分支和第二分支中转动副轴线相互平行并且垂直于第三分支中转动副轴线。
所述第一分支和第二分支中第一转动副轴线与第二转动副轴线相互平行；所述第一分支和第二分支中第一转动副轴线相互平行,并且第一转动副轴线垂直于第三分支中转动副轴线。
所述并联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。
与机架连接的所有转动副轴线水平共面；与机架连接的所有球铰中心均水平共面。
与机架连接的转动副轴线或球铰中心均水平共面。
本发明的有益效果是：
本发明可实现空间的两个转动自由度和一个移动自由度，具有转动轴线明确且不相交、伴随运动简单、结构简单、加工组装容易及易于控制等优点。
附图说明
图1是本发明实施例1的立体结构示意图。
图2是本发明实施例2的立体结构示意图。
图3是本发明实施例3的立体结构示意图。
图4是本发明实施例4的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例一，如图1所示：一种3自由度空间定位并联机构，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；其中第一分支和第二分支对称于动平台布置；所述第一分支和第二分支分别依次包括连接在机架11和动平台之间的球铰1S、移动副1P（包括滑块12和导杆13）、导杆13、转动副1R；所述第三分支分别依次包括连接在机架31和动平台之间的转动副3R、移动副3P（包括滑块32和导杆33）、导杆33、球铰3S；所述第一分支与第二分支中转动副轴线相互平行，并且移动副轴线垂直于转动副轴线；所述第三分支中转动副轴线垂直于移动副轴线，并且第三分支中转动副轴线垂直于第一分支与第二分支中转动副轴线。
实施例二，如图2所示：一种3自由度空间定位并联机构，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；其中第一分支和第二分支对称于动平台布置；所述第一分支和第二分支分别依次包括连接在机架11和动平台之间的球铰1S、移动副1P（包括滑块12和导杆13）、导杆13、转动副1R；所述第三分支分别依次包括连接在机架31和动平台之间的第一转动副3R1、第一连杆32、第二转动副3R2、第二连杆33、球铰3S；所述第一分支与第二分支中转动副轴线相互平行，第一分支与第二分支中移动副轴线垂直于转动副轴线；所述第三分支中第一转动副与第二转动副轴线相互平行，并且第一转动副轴线垂直于第一分支与第二分支中转动副轴线。
实施例三，如图3所示：一种3自由度空间定位并联机构，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；其中第一分支和第二分支对称于动平台布置；所述第三分支分别依次包括连接在机架31和动平台之间的球铰3S、移动副3P（包括滑块32和导杆33）、导杆33、转动副3R；所述第一分支和第二分支分别依次包括连接在机架11和动平台之间的转动副1R、移动副1P（包括滑块12和导杆13）、导杆13、球铰1S；所述第三分支中移动副轴线垂直于转动副轴线；所述第一分支和第二分支中移动副轴线垂直于转动副轴线；所述第一分支和第二分支中转动副轴线相互平行并且垂直于第三分支中转动副轴线。
实施例四，如图4所示：一种3自由度空间定位并联机构，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；其中第一分支和第二分支对称于动平台布置；所述第三分支分别依次包括连接在机架31和动平台之间的球铰3S、移动副3P（包括滑块32和导杆33）、导杆33、转动副3R；所述第一分支和第二分支分别依次包括连接在机架11和动平台之间的第一转动副1R1、第一连杆12、第二转动副1R2、第二连杆13、球铰1S；所述第三分支中移动副轴线垂直于转动副轴线；所述第一分支和第二分支中第一转动副轴线与第二转动副轴线相互平行，并且第一转动副轴线垂直于第三分支中转动副轴线。
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。
作为推荐，与机架连接的所有转动副轴线水平共面；与机架连接的所有球铰中心均水平共面。

Claims (10)

1.一种3自由度空间定位并联机构，包括动平台（4）、机架（11、31）以及连接在机架和动平台之间的三个分支机构，其中第一分支和第二分支对称于动平台布置，其特征在于：所述第一分支和第二分支分别依次包括球铰（1S）、移动副（1P）、导杆（13）、转动副（1R）；
所述第三分支分别依次包括转动副（3R）、移动副（3P）、导杆（33）、球铰（3S）；或者分别依次包括第一转动副（3R1）、第一连杆（32）、第二转动副（3R2）、第二连杆（33）、球铰（3S）。
2.根据权利要求1所述的一种3自由度空间定位并联机构，其特征在于：所述第一分支与第二分支中转动副轴线相互平行，并且移动副轴线垂直于转动副轴线。
3.根据权利要求2所述的一种3自由度空间定位并联机构，其特征在于：所述第三分支中转动副轴线垂直于移动副轴线，第三分支中转动副轴线垂直于第一分支与第二分支中转动副轴线。
4.根据权利要求2所述的一种3自由度空间定位并联机构，其特征在于：所述第三分支中第一转动副与第二转动副轴线相互平行，并且第一转动副轴线垂直于第一分支与第二分支中转动副轴线。
5.一种3自由度空间定位并联机构，包括动平台（4）、机架（11、31）以及连接在机架和动平台之间的三个分支机构，其中第一分支和第二分支对称于动平台布置，其特征在于：所述第三分支分别依次包括球铰（3S）、移动副（3P）、导杆（33）、转动副（3R）；
所述第一分支和第二分支分别依次包括转动副（1R）、移动副（1P）、导杆（13）、球铰（1S）；或者分别依次包括第一转动副（1R1）、第一连杆（12）、第二转动副（1R2）、第二连杆（13）、球铰（1S）。
6.根据权利要求5所述的一种3自由度空间定位并联机构，其特征在于：所述第三分支中移动副轴线垂直于转动副轴线。
7.根据权利要求6所述的一种3自由度空间定位并联机构，其特征在于：所述第一分支和第二分支中移动副轴线垂直于转动副轴线；所述第一分支和第二分支中转动副轴线相互平行并且垂直于第三分支中转动副轴线。
8.根据权利要求6所述的一种3自由度空间定位并联机构，其特征在于：所述第一分支和第二分支中第一转动副轴线与第二转动副轴线相互平行；所述第一分支和第二分支中第一转动副轴线相互平行,并且第一转动副轴线垂直于第三分支中转动副轴线。
9.根据权利要求1-9中任一项所述的一种3自由度空间定位并联机构，其特征在于：所述并联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。
10.根据权利要求10所述的一种3自由度空间定位并联机构，其特征在于：与机架连接的所有转动副轴线水平共面；与机架连接的所有球铰中心均水平共面。
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