CN103612255A

CN103612255A - 一种消除机构伴随位移的运动副

Info

Publication number: CN103612255A
Application number: CN201310606428.6A
Authority: CN
Inventors: 吴伟峰; 李秦川; 陈巧红; 武传宇
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU; Zhejiang University of Science and Technology ZUST
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-11-25
Also published as: CN103612255B

Abstract

本发明涉及一种消除机构伴随位移的运动副。目的是提供的运动副应具有结构简单、制造成本低、便于安装等优点。技术方案是：一种消除机构伴随位移的运动副，包括输入平台、输出平台、机架及伴随位移消除机构，伴随位移消除机构由四个平行四边形机构组成，其中：输入平台、第一十字平台平行布置且与两连杆通过转动副连接组成第一平行四边机构；第一十字平台、第二十字平台平行布置且与两连杆通过转动副连接组成第二平行四边形机构；第二十字平台、第三十字平台平行布置且与两连杆通过转动副连接组成第三平行四边形机构；第三十字平台、输出平台平行布置且与两连杆通过转动副连接组成第四平行四边形机构；输出平台通过球铰与机架相连。

Description

一种消除机构伴随位移的运动副

技术领域

本发明涉及一种并联机构或机器人的连接机构，尤其是存在伴随位移且需要消除的三转动并联机构。

背景技术

并联机构（Parallel Mechanism，简称PM）是由多个并行支链构成的闭环运动系统，即由多个并行支链的一端同时与一个末端执行器（动平台）相连构成。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。

少自由度并联机构，作为并联机构的一大类，由于其可以适应性强，被用于许多特殊的工作环境中。其中的三转动并联机构由于其特殊的运动性能而被广泛运用于机器人的腰、肩、腕等关节，同时在卫星天线、摄像定位、医疗器械等方面也有诸多运用。

但是部分三转动并联机构均存在伴随位移，即在转动的同时会发生偏移转动原点的现象。所以寻求一种运动副用于消除伴随位移是本发明设计的重点。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提出一种可以消除机构伴随位移从而得到纯转动的运动副，该运动副应具有结构简单、制造成本低、便于安装等优点。

本发明采用的技术方案是：

一种消除机构伴随位移的运动副，包括输入平台、输出平台、机架以及连接输入平台与输出平台的伴随位移消除机构，其特征在于，所述伴随位移消除机构由四个依次交错布置的平行四边形机构组成，其中：输入平台、第一十字平台平行布置且与两连杆通过转动副连接组成第一平行四边机构；第一十字平台、第二十字平台平行布置且与两连杆通过转动副连接组成第二平行四边形机构；第二十字平台、第三十字平台平行布置且与两连杆通过转动副连接组成第三平行四边形机构；第三十字平台、输出平台平行布置且与两连杆通过转动副连接组成第四平行四边形机构；输出平台通过球铰与机架相连。

所述第一平行四边形机构的转动副的轴线，与第二平行四边形机构的转动副的轴线垂直；

所述第二平行四边形机构的转动副的轴线，与第三平行四边形机构的转动副的轴线垂直；

所述第三平行四边形机构的转动副的轴线，与第四平行四边形机构的转动副的轴线垂直；

所述第一平行四边形机构的转动副的轴线，与第三平行四边形机构的转动副的轴线平行；

所述第二平行四边形机构的转动副的轴线，与第四平行四边形机构的转动副的轴线平行。

本发明的有益效果是：本发明由于采用四个平行四边形交错布置的结构，可以消除机构伴随位移并保留得到纯转动，使输入平台与输出平台具有相同的姿态，且运动副由简单的转动副连接杆件的方式组成，具有结构简单、制造成本低、便于安装等优点。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明应用于机器人眼球中的立体结构示意图。

图3是图2中并联机构的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图2所示为本发明在机器人眼球上的应用，包括本发明提供的消除机构伴随位移的运动副a，以及并联机构b、球形机架c、眼球d，其中球形机架c与眼球d为同心的球铰连接。

如图1所示，本发明所述的消除机构伴随位移的运动副a，包括输入平台2、输出平台6、机架1（可变形为球形机架c）、连接输入平台2与输出平台6的伴随位移消除机构。该伴随位移消除机构由四个从下至上依次交错布置的平行四边形通过转动副（即铰链）连接组成，且输出平台6与机架1由球铰S连接。

上述四个平行四边形机构分别是以下形式：

1）输入平台2与第一十字平台3以及两连杆21、22通过四个转动副2R1、2R2、2R3、2R4连接组成第一平行四边机构；其中，两连杆21、22的下端分别通过转动副2R3、2R4与输入平台铰接，两连杆21、22的上端分别通过转动副2R1、2R2铰接在第一十字平台的两个处于同一直线的臂上，输入平台2与第一十字平台3平行布置；显然，第一平行四边机构的四个转动副的轴线均平行（平行四边形机构的四个铰接点的转动轴线相互平行）；

2）第一十字平台3与第二十字平台4以及两连杆31、32通过四个转动副3R1、3R2、3R3、3R4连接组成第二平行四边形机构；其中，两连杆31、32的下端分别通过转动副3R3、3R4铰接在第一十字平台的另外两个处于同一直线的臂上，两连杆31、32的上端分别通过转动副3R1、3R2铰接在第二十字平台的两个处于同一直线的臂上，第一十字平台3与第二十字平台4平行布置；显然，第二平行四边形机构中的四个转动副的轴线均平行；

3）第二十字平台4与第三十字平台5以及两连杆41、42通过转动副4R1、4R2、4R3、4R4连接组成第三平行四边形机构；其中，两连杆41、42的下端分别通过转动副4R3、4R4铰接在第二十字平台的另外两个处于同一直线的臂上，两连杆的上端分别通过转动副4R1、4R2铰接在第三十字平台的两个处于同一直线的臂上，第二十字平台4与第三十字平台5平行布置；显然，第三平行四边形机构中的四个转动副的轴线均平行；

4）第三十字平台5与输出平台6以及两连杆51、52通过转动副5R1、5R2、5R3、5R4连接组成第四平行四边形机构，输出平台6通过球铰S与机架相连；其中，两连杆51、52的下端分别通过转动副5R3、5R4铰接在第三十字平台的另外两个处于同一直线的臂上，两连杆上端分别通过转动副5R1、5R2铰接在输出平台6上，第三十字平台5与输出平台6平行布置；显然，第四平行四边形机构中的四个转动副的轴线均平行。

所述第一平行四边形机构的四个转动副的轴线，与第二平行四边形机构的四个转动副的轴线垂直。所述第二平行四边形机构的四个转动副的轴线，与第三平行四边形机构的四个转动副的轴线垂直。所述第三平行四边形机构的四个转动副的轴线，与第四平行四边形机构的四个转动副的轴线垂直。所述第一平行四边形机构的四个转动副的轴线，与第三平行四边形机构的四个转动副的轴线平行；所述第二平行四边形机构的四个转动副的轴线，与第四平行四边形机构的四个转动副的轴线平行。

输入平台2的运动过程中发生的伴随位移可以分成X轴、Y轴和Z轴三个运动分量，X轴的运动分量与第一、第三平行四边形机构所在平面共面，Y轴的运动分量与第二、第四平行四边形机构所在平面共面，Z轴的运动分量沿竖直方向。伴随位移在X轴的运动分量可以带动第一、第三平行四边形机构运动，即输入平台在X轴的运动分量第一、第三平行四边形机构消除；伴随位移在Y轴的运动分量可以带动第二、第四平行四边形机构运动，即输入平台在Y轴的运动分量可以被第二、第四平行四边形机构消除；伴随位移在Z轴的运动分量则带动第一、第二、第三、第四平行四边机构一起运动，即伴随位移在Z轴的运动分量可以被第一、第二、第三、第四平行四边机构的运动一起消除。

并且，当输入平台2在空间中进行任意运动时，由于输出平台6通过球铰S与机架连接，致使输出平台6只能绕球铰S转动，故输出平台6将只输出输入平台2的运动姿态变化，其位移变化将被消除。

图2中的并联机构b具体如图3所示，包括机架1、动平台4以及连接机架1和动平台4的三个分支，第一分支依次由机架1、转动副1R、弧形连杆12、移动副1P、导杆13、球铰1S、动平台4组成；第二、第三分支与第一分支类似。

机架1呈圆形，第一分支的弧形连杆12的半径与机架1的半径相等，转动副1R的轴线与移动副1P的轴线共面且成45°角，移动副1P的轴线过球铰1S的球心；第二、第三分支与第一分支类似。

所述并联机构b中的三个分支的转动副1R、2R、3R均布与圆形的机架上且共面，转动副1R、2R、3R的轴线均指向圆心O；所述三分支移动副1P、2P、3P轴线均始终过机架圆心O。所述并联机构b的驱动副为各分支上的转动副1R、2R、3R，驱动方式由伺服电机通过谐波减速器驱动，当转动驱动副，机构做三自由度转动。

所述运动副a中的输入平台与并联机构b中的动平台为同一构件。所述运动副a中的机架与并联机构b中的机架均为机器人眼球应用中的球形机架。当驱动并联机构b中的三个转动副1R、2R、3R，眼球d将做三自由度转动。

尽管上面结合图对发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，在不脱离本发明宗旨的情况下做出的变形，均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种消除机构伴随位移的运动副，包括输入平台（2）、输出平台（6）、机架（1）以及连接输入平台与输出平台的伴随位移消除机构，其特征在于，所述伴随位移消除机构由四个依次交错布置的平行四边形机构组成，其中：输入平台（2）、第一十字平台（3）平行布置且与两连杆（21、22）通过转动副（2R1、2R2、2R3、2R4）连接组成第一平行四边机构；第一十字平台（3）、第二十字平台（4）平行布置且与两连杆（31、32）通过转动副（3R1、3R2、3R3、3R4）连接组成第二平行四边形机构；第二十字平台（4）、第三十字平台（5）平行布置且与两连杆（41、42）通过转动副（4R1、4R2、4R3、4R4）连接组成第三平行四边形机构；第三十字平台（5）、输出平台（6）平行布置且与两连杆（51、52）通过转动副（5R1、5R2、5R3、5R4）连接组成第四平行四边形机构；输出平台（6）通过球铰（S）与机架（1）相连。

2.根据权利要求1所述的一种消除机构伴随位移的运动副，其特征在于：所述第一平行四边形机构的转动副（2R1、2R2、2R3、2R4）的轴线，与第二平行四边形机构的转动副（3R1、3R2、3R3、3R4）的轴线垂直；

所述第二平行四边形机构的转动副（3R1、3R2、3R3、3R4）的轴线，与第三平行四边形机构的转动副（4R1、4R2、4R3、4R4）的轴线垂直；

所述第三平行四边形机构的转动副（4R1、4R2、4R3、4R4）的轴线，与第四平行四边形机构的转动副（5R1、5R2、5R3、5R4）的轴线垂直；

所述第一平行四边形机构的转动副（2R1、2R2、2R3、2R4）的轴线，与第三平行四边形机构的转动副（4R1、4R2、4R3、4R4）的轴线平行；

所述第二平行四边形机构的转动副（3R1、3R2、3R3、3R4）的轴线，与第四平行四边形机构的转动副（5R1、5R2、5R3、5R4）的轴线平行。