CN103770103B - 三转动自由度空间串并联机构 - Google Patents

Abstract

一种三转动自由度空间串并联机构，其由动平台、定平台、连接这两个平台的左运动支链和右运动支链以及连接左右运动支链的中间运动支链构成，所述左运动支链是由六个运动副构成，该支链中六运动副分为左定平台运动副组和左动平台运动副组，且左定平台运动副组与左动平台运动副组通过左多副杆连接，所述右运动支链是由四个运动副构成，该支链中四个运动副分为右定平台运动副组和右动平台运动副组，右定平台运动副组与右动平台运动副组通过右多副杆连接，中间运动支链是由五个转动副构成，该支链两端分别与左多副杆和右多副杆连接。本发明结合了串联机构与并联机构的优点，工作空间大，承载能力强，可应用于机械加工、雷达跟踪、舞台照明和机器人关节等场合。

Description

三转动自由度空间串并联机构

技术领域本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间串并联机构。

背景技术实现三转动自由度的空间机构可广泛应用于机械加工、雷达跟踪、舞台照明、机器人关节等场合。目前较为先进的实现三维转动的机构多为空间并联机构，如公开号为CN102825597A的中国专利公开了一种具有位置正解解析的三转动并联装置，其运动解耦性好，易得正解解析，公开号为CN102275161A的中国专利公开了一种三转动球面运动机构，该机构运动空间大，刚度好。但它们均含有较多球面副，制造装配较为复杂，难以应用到实际生产；同时并联机构要求驱动选取与定平台靠近的运动副，限制条件较多。

发明内容本发明的目的在于提供一种易于制造，工作空间大，机构刚度高，承载能力强的三转动自由度空间串并联机构。

本发明包括动平台、定平台、连接这两个平台的左运动支链和右运动支链以及连接左右运动支链的中间运动支链，其有三种连接方式：

第一种连接方式：左运动支链是由六个运动副构成，该支链中六个运动副以左多副杆为界分为与定平台相连的左定平台运动副组和与动平台相连的左动平台运动副组，左定平台运动副组与左动平台运动副组通过左多副杆连接，左定平台运动副组是由三个转动副构成，该三个转动副中靠近左多副杆的两个转动副的轴线相互平行，与定平台连接的转动副的轴线与上述两个转动副的轴线不平行，左动平台运动副组是由三个转动副构成，该左动平台运动副组中与左多副杆连接的转动副的轴线与左定平台运动副组中与左多副杆连接的转动副的轴线相互平行；所述右运动支链是由四个运动副构成，该支链中四个运动副以右多副杆为界分为与定平台相连的右定平台运动副组和与动平台相连的右动平台运动副组，右动平台运动副组与右定平台运动副组通过右多副杆连接，右定平台运动副组是由一个转动副构成，右动平台运动副组是由三个转动副构成，该右动平台运动副组中转动副的轴线与右定平台运动副组中的转动副的轴线交于一点；所述的中间运动支链是由五个转动副构成，该中间运动支链中左右两端的转动副分别与左右多副杆连接，该支链中五个转动副靠近左多副杆的三个转动副的轴线相互平行，靠近右多副杆的两个转动副的轴线相互平行，且靠近左多副杆的三个转动副的轴线与靠近右多副杆的两个转动副的轴线不平行，中间运动支链中的转动副的轴线分别与左运动支链中的转动副的轴线、右运动支链中的转动副的轴线不平行。

第二种连接方式：上述第一种连接方式中的左动平台运动副组的三个转动副的轴线交于一点，其中左动平台运动副组中与左多副杆连接的转动副的轴线与左定平台运动副组中与左多副杆连接的转动副的轴线不平行，且左动平台运动副组中转动副的轴线与右运动支链中转动副的轴线不相交。

第三种连接方式：左运动支链是由五个运动副构成，该支链中五个运动副以左多副杆为界分为与定平台相连的左定平台运动副组和与动平台相连的左动平台运动副组，左定平台运动副组与左动平台运动副组通过左多副杆连接，左定平台运动副组是由两个转动副构成，这两个转动副的轴线相互平行，左动平台运动副组是由三个转动副构成，该左动平台运动副组中靠近动平台的两个转动副轴线交于一点，与左多副杆连接的转动副的轴线与以上两个转动副的轴线不相交，且该左动平台运动副组中连接左多副杆的转动副的轴线与左定平台运动副组中的转动副的轴线相互平行；所述右运动支链是由四个运动副构成，该支链中四个运动副以右多副杆为界分为与定平台相连的右定平台运动副组和与动平台相连的右动平台运动副组，右动平台运动副组与右定平台运动副组通过右多副杆连接，右定平台运动副组是由两个转动副构成，右动平台运动副组是由两个转动副构成，右定平台运动副组的两个转动副的轴线交于一点，右动平台运动副组的两个转动副的轴线交于一点，且右运动支链中转动副的轴线与左动平台运动副组中与动平台靠近的两个转动副的轴向交于一点；所述中间运动支链是由五个转动副构成，该中间运动支链中左右两端的转动副分别与左右多副杆连接，该支链中五个转动副靠近左多副杆的三个转动副的轴线相互平行，靠近右多副杆的两个转动副的轴线相互平行，且靠近左多副杆的三个转动副的轴线与靠近右多副杆的两个转动副的轴线不平行，中间运动支链中的转动副的轴线分别与左运动支链中的转动副的轴线、右运动支链中的转动副的轴线不平行。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

融合了串联机构与并联机构的优点，工作空间大，刚度高，承载能力高；本机构中运动副轴线之间的几何关系相对简单，易于制造和装配。

附图说明：

图1是本发明实施例1的立体示意简图。

图2是本发明实施例2的立体示意简图。

图3是本发明实施例3的立体示意简图。

具体实施方式：

实施例1：

在图1所示的三转动自由度空间串并联机构示意图中，左运动支链中的转动副R1与定平台1连接，该转动副R1通过连杆2与转动副R2连接，该转动副R2通过连杆3与转动副R3连接，该转动副R3通过左多副杆4与转动副R4连接，该转动副R4通过连杆5与转动副R5连接，该转动副R5通过连杆6与转动副R6连接，该转动副R6与动平台14连接，该支链中六个运动副以左多副杆4为界分为与定平台相连的左定平台运动副组和与动平台相连的左动平台运动副组，左定平台运动副组中的三个转动副中靠近左多副杆的两个转动副R2和R3的轴线相互平行，与定平台连接的转动副R1的轴线与上述两个转动副R2和R3的轴线不平行，左动平台运动副组中与左多副杆连接的转动副R4的轴线与左定平台运动副组中与左多副杆连接的转动副R3的轴线相互平行。右运动支链中的转动副R7与定平台连接，该转动副R7通过右多副杆7与转动副R8连接，该转动副R8通过连杆8与转动副R9连接，该转动副R9通过连杆9与转动副R10连接，该转动副R10与动平台连接，该支链中四个运动副以右多副杆为界分为与定平台相连的右定平台运动副组和与动平台相连的右动平台运动副组，该右动平台运动副组中转动副R8、R9和R10的轴线与右定平台运动副组中的转动副R7的轴线交于一点。中间运动支链中的转动副R11与上述左多副杆连接，该转动副R11通过连杆10与转动副R12连接，该转动副R12通过连杆11与转动副R13连接，该转动副R13通过连杆12与转动副R14连接，该转动副R14通过连杆13与转动副R15连接，该转动副R15与上述右多副杆连接，该中间运动支链中五个转动副靠近左多副杆的三个转动副R11、R12和R13的轴线相互平行，靠近右多副杆的两个转动副R14和R15的轴线相互平行，且靠近左多副杆的三个转动副的轴线与靠近右多副杆的两个转动副的轴线不平行。中间运动支链中的转动副的轴线分别与左运动支链中的转动副的轴线、右运动支链中的转动副的轴线不平行。

实施例2：

在图2所示的三转动自由度空间串并联机构示意图中，左运动支链中的转动副R1与定平台1连接，该转动副R1通过连杆2与转动副R2连接，该转动副R2通过连杆3与转动副R3连接，该转动副R3通过左多副杆4与转动副R4连接，该转动副R4通过连杆5与转动副R5连接，该转动副R5通过连杆6与转动副R6连接，该转动副R6与动平台14连接，该支链中六个运动副以左多副杆4为界分为与定平台相连的左定平台运动副组和与动平台相连的左动平台运动副组，左定平台运动副组中的三个转动副中靠近左多副杆的两个转动副R2和R3的轴线相互平行，与定平台连接的转动副R1的轴线与上述两个转动副R2和R3的轴线不平行，左动平台运动副组中三个转动副R4、R5和R6的轴线相交于一点。右运动支链中的转动副R7与定平台连接，该转动副R7通过右多副杆7与转动副R8连接，该转动副R8通过连杆8与转动副R9连接，该转动副R9通过连杆9与转动副R10连接，该转动副R10与动平台连接，该支链中四个运动副以右多副杆为界分为与定平台相连的右定平台运动副组和与动平台相连的右动平台运动副组，该右动平台运动副组中转动副R8、R9和R10的轴线与右定平台运动副组中的转动副R7的轴线交于一点，且右运动支链中的转动副的轴线与左动平台运动副组中的转动副的轴线不相交。中间运动支链中的转动副R11与上述左多副杆连接，该转动副R11通过连杆10与转动副R12连接，该转动副R12通过连杆11与转动副R13连接，该转动副R13通过连杆12与转动副R14连接，该转动副R14通过连杆13与转动副R15连接，该转动副R15与上述右多副杆连接，该中间运动支链中五个转动副靠近左多副杆的三个转动副R11、R12和R13的轴线相互平行，靠近右多副杆的两个转动副R14和R15的轴线相互平行，且靠近左多副杆的三个转动副的轴线与靠近右多副杆的两个转动副的轴线不平行。中间运动支链中的转动副的轴线分别与左运动支链中的转动副的轴线、右运动支链中的转动副的轴线不平行。

实施例3：

在图3所示的三转动自由度空间串并联机构示意图中，左运动支链中的转动副R1与定平台1连接，该转动副R1通过连杆2与转动副R2连接，该转动副R2通过左多副杆3与转动副R3连接，该转动副R3通过连杆4与转动副R4连接，该转动副R4通过连杆5与转动副R5连接，该转动副R5与动平台13连接，该支链中五个运动副以左多副杆为界分为与定平台相连的左定平台运动副组和与动平台相连的左动平台运动副组，左定平台运动副组中的两个转动副R1和R2的轴线相互平行，左动平台运动副组的三个转动副中靠近动平台的两个转动副R4和R5的轴线相交于一点，与左多副杆连接的转动副R3的轴线与以上两个转动副的轴线不相交，且该左动平台运动副组中连接左多副杆的转动副R3的轴线与左定平台运动副组中的转动副的轴线相互平行。右运动支链中的转动副R6与定平台连接，该转动副R6通过连杆6与转动副R7连接，该转动副R7通过右多副杆7与转动副R8连接，该转动副R8通过连杆8与转动副R9连接，该转动副R9与动平台连接，该支链中四个运动副以右多副杆为界分为与定平台相连的右定平台运动副组和与动平台相连的右动平台运动副组，该右动平台运动副组中转动副R8和R9的轴线与右定平台运动副组中的转动副R6和R7的轴线交于一点，且右运动支链中的转动副的轴线与左动平台运动副组中靠近动平台的转动副R4和R5的轴线交于一点。中间运动支链中的转动副R10与上述左多副杆连接，该转动副R10通过连杆9与转动副R11连接，该转动副R11通过连杆10与转动副R12连接，该转动副R12通过连杆11与转动副R13连接，该转动副R13通过连杆12与转动副R14连接，该转动副R14与上述右多副杆连接，该中间运动支链中五个转动副靠近左多副杆的三个转动副R10、R11和R12的轴线相互平行，靠近右多副杆的两个转动副R13和R14的轴线相互平行，且靠近左多副杆的三个转动副的轴线与靠近右多副杆的两个转动副的轴线不平行。中间运动支链中的转动副的轴线分别与左运动支链中的转动副的轴线、右运动支链中的转动副的轴线不平行。

Claims (2)

1.一种三转动自由度空间串并联机构，其由动平台、定平台、连接这两个平台的左运动支链和右运动支链以及连接左右运动支链的中间运动支链构成，其特征在于：所述左运动支链是由六个运动副构成，该支链中六个运动副以左多副杆为界分为与定平台相连的左定平台运动副组和与动平台相连的左动平台运动副组，左定平台运动副组与左动平台运动副组通过左多副杆连接，左定平台运动副组是由三个转动副构成，该三个转动副中靠近左多副杆的两个转动副的轴线相互平行，与定平台连接的转动副的轴线与上述两个转动副的轴线不平行，左动平台运动副组是由三个转动副构成，该左动平台运动副组中与左多副杆连接的转动副的轴线与左定平台运动副组中与左多副杆连接的转动副的轴线相互平行；所述右运动支链是由四个运动副构成，该支链中四个运动副以右多副杆为界分为与定平台相连的右定平台运动副组和与动平台相连的右动平台运动副组，右动平台运动副组与右定平台运动副组通过右多副杆连接，右定平台运动副组是由一个转动副构成，右动平台运动副组是由三个转动副构成，该右动平台运动副组中转动副的轴线与右定平台运动副组中的转动副的轴线交于一点；所述的中间运动支链是由五个转动副构成，该中间运动支链中左右两端的转动副分别与左右多副杆连接，该支链中五个转动副靠近左多副杆的三个转动副的轴线相互平行，靠近右多副杆的两个转动副的轴线相互平行，且靠近左多副杆的三个转动副的轴线与靠近右多副杆的两个转动副的轴线不平行，中间运动支链中的转动副的轴线分别与左运动支链中的转动副的轴线、右运动支链中的转动副的轴线不平行。

2.一种三转动自由度空间串并联机构，其由动平台、定平台、左运动支链、右运动支链、中间运动支链构成，其特征在于：所述左运动支链是由五个运动副构成，该支链中五个运动副以左多副杆为界分为与定平台相连的左定平台运动副组和与动平台相连的左动平台运动副组，左定平台运动副组与左动平台运动副组通过左多副杆连接，左定平台运动副组是由两个转动副构成，这两个转动副的轴线相互平行，左动平台运动副组是由三个转动副构成，该左动平台运动副组中靠近动平台的两个转动副轴线交于一点，与左多副杆连接的转动副的轴线与以上两个转动副的轴线不相交，且该左动平台运动副组中连接左多副杆的转动副的轴线与左定平台运动副组中的转动副的轴线相互平行；所述右运动支链是由四个运动副构成，该支链中四个运动副以右多副杆为界分为与定平台相连的右定平台运动副组和与动平台相连的右动平台运动副组，右动平台运动副组与右定平台运动副组通过右多副杆连接，右定平台运动副组是由两个转动副构成，右动平台运动副组是由两个转动副构成，右定平台运动副组的两个转动副的轴线交于一点，右动平台运动副组的两个转动副的轴线交于一点，且右运动支链中转动副的轴线与左动平台运动副组中与动平台靠近的两个转动副的轴向交于一点；所述中间运动支链是由五个转动副构成，该中间运动支链中左右两端的转动副分别与左右多副杆连接，该支链中五个转动副靠近左多副杆的三个转动副的轴线相互平行，靠近右多副杆的两个转动副的轴线相互平行，且靠近左多副杆的三个转动副的轴线与靠近右多副杆的两个转动副的轴线不平行，中间运动支链中的转动副的轴线分别与左运动支链中的转动副的轴线、右运动支链中的转动副的轴线不平行。