CN104029195A - 一种两转动一移动过约束并联机构 - Google Patents

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Abstract

一种两转动和一移动过约束并联机构，其包括固定基座、动平台和连接它们的三个分支，三个分支两端均呈正三角形对称布置，第一和第三分支结构相同为RPU分支，其中转动副与固定基座连接，万向铰与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接；第二分支为UPR分支，其中转动副与动平台连接，万向铰与固定基座连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接。本发明具有关节数目少、结构简单、刚度大、运动精度高等优点。

Description

一种两转动一移动过约束并联机构
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种并联机构。
背景技术
并联机构的是近年来机构学研究的热点，其构型相当丰富，大量具有应用价值的新型机构相继被提出。具有两个转动和一个移动的3自由度并联机构以其结构简单，制造和控制成本相对较低等独特优势，尤其受到学术界和工业界的广泛关注。在工业应用中，这类机构常常被作为5自由度机床的本体。在这类机构末端加上一两自由度串联机构以实现空间5自由度运动，能够满足机械加工的需求。目前应用较为广泛的并联机床本体大都采用这类两转一移机构，如Tricept机构(US4732525)，Z3动力头(WO2000025976)的并联本体3-PRS机构，Exechon机床(WO2006054935)的并联本体2-UPR+SPR机构。
Triccpt机构的发明人K.E.Neumann博士指出关节的几何误差，间隙等问题是并联机床精度问题的主要根源(Adaptive in-jig high load Exechon machining&assembly technology.SAEInternational,08AMT-0044)。尽管关节数目少的并联机床往往具有过约束，增加了机床的制造与装配难度，但从提高机构精度和刚度的角度考虑，关节点数少、无效自由度少的并联机床仍不失为一个较好的选择。基于此，K.E.Neumann博士提出目前工业界正广泛采纳的含有两个过约束的Exechon机构，该机构所用关节数为13。2011年胡波(《机械工程学报》，vol.47,No.11,june.2011)提出一种2-RPU+UPU过约束机构，其关节数与Exechon机构相同。专利(CN101704244A)提出了一种可实现一平动两转动三自由度空间并联机器人机构，但其关节数目仍为13。关节数目少、机构简单是工业用并联机构追求的目标，但目前具有关节数少、结构简单特点的两转一移机构仍然非常少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种关节数少结构简单、精度高、刚度大的两转动一移动过约束并联机构。
本发明主要包括固定基座、动平台和连接固定基座与动平台的三个分支，这三个分支两端均呈正三角形对称布置。第一和第三分支为结构相同的RPU分支，其中转动副与固定基座连接，且两个分支中的转动副轴线相互平行，万向铰与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接；上述两分支中万向副的外侧转动副与动平台连接，且转动副轴线共线，该两分支中万向副的内侧转动副与和下平台相连的转动副平行，且与移动副运动方向垂直；第二分支为UPR分支，其中转动副与动平台连接，万向铰与固定基座连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接；该万向副的外侧转动副与固定基座连接，且与第一、三分支中的转动副平行，万向副的内侧转动副与动平台相连的转动副平行，且与移动副的运动方向垂直，该分支中的转动副与第一、三分支中万向副的外侧转动副轴线平行。
本发明与现有技术相比具有如下优点：运动副关节数目少，总的运动副数仅为12个，结构简单、刚度大、运动精度高、控制容易，可作为高精度并联机床并联本体。
附图说明
图1为本发明的立体示意简图。
具体实施方式
在图1所示的两转动一移动过约束并联机构示意图中，连接固定基座1与动平台2的三个分支的两端均呈正三角形对称布置。第一和第三分支为结构相同的RPU分支，其中转动副（R11、R31）与固定基座连接，且两个转动副轴线相互平行，万向铰与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副（P1、P3）连接；上述两分支中万向副的外侧转动副（R13、R33）与动平台连接，且转动副轴线共线，该两分支中万向副的内侧转动副（R12、R32）与和下平台相连的转动副（R11、R31）平行，且与移动副（P1、P3）运动方向垂直；第二分支为UPR分支，其中转动副（R23）与动平台连接，万向铰与固定基座连接，万向铰与转动副之间通过移动副（P2）连接；该万向副的外侧转动副（R21）与固定基座连接，且与第一、三分支中的转动副（R11、R31）平行，万向副的内侧转动副（R22）与动平台相连的转动副（R23）平行，且与移动副（P2）的运动方向垂直，转动副(R23)与第一、三分支中万向副的外侧转动副（R13、R33）轴线平行。

Claims (1)

1.一种两转动一移动过约束并联机构，包括固定基座（1）、动平台（2）和连接固定基座与动平台的三个分支，三个分支两端均呈正三角形对称布置，其特征在于：第一和第三分支结构相同为RPU分支，其中转动副（R11、R31）与固定基座连接，且两个转动副轴线相互平行，万向铰与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副（P1、P3）连接；上述两分支中万向副的外侧转动副（R13、R33）与动平台连接，且转动副轴线共线，该两分支中万向副的内侧转动副（R12、R32）与和下平台相连的转动副（R11、R31）平行，且与移动副（P1、P3）运动方向垂直；第二分支为UPR分支，其中转动副（R23）与动平台连接，万向铰与固定基座连接，万向铰与转动副之间通过移动副（P2）连接；该万向副的外侧转动副（R21）与固定基座连接，且与第一、三分支中的转动副（R11、R31）平行，该万向副的内侧转动副（R22）与动平台相连的转动副（R23）平行，且与移动副（P2）的运动方向垂直，该分支中的转动副(R23)与第一、三分支中万向副的外侧转动副（R13、R33）轴线平行。
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