CN104227710A

CN104227710A - 一种空间三自由度并联机构

Info

Publication number: CN104227710A
Application number: CN201410504074.9A
Authority: CN
Inventors: 李彬; 李杨民; 赵新华; 杨玉维; 孟广柱
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2014-09-28
Filing date: 2014-09-28
Publication date: 2014-12-24

Abstract

一种空间三自由度并联机构，涉及机器人和先进制造技术领域，特别涉及一种实现空间三自由度并联机器人机构。该机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条支链组成，每条支链由固定平台到运动平台分别由导轨、圆柱副、移动副、胡克铰，以及它们之间的连杆组成。本发明的机构其工作平台可实现笛卡尔坐标系下的一维平动和两维转动的运动输出，机构简单，制造、安装容易，传动精度高，成本低；且工作空间较大，传动特性好；同时机构的运动学正、反解简单，简化了轨迹规划、控制、校正等一系列技术问题。

Description

一种空间三自由度并联机构

技术领域

本发明涉及机器人机构和先进制造技术领域，特别涉及一种实现空间三自由度并联机构。

背景技术

并联机构是一组有两个或两个以上的分支机构并联而成的机构。它的特点是所有分支机构可同时接受驱动器输入，而最终共同给出输出，在机构学上属于多路闭环机械系统。以并联机构作为传动进给机构的数控机床、机器人操作机以及由此组成的制造单元统称为并联构型装备，是近年来发展起来的一种有着广阔应用前景的新型制造装备。并联机器人机构广泛应用于大型模拟设备、机器人、数控机床、传感器、微操作器、雕刻机和测量机等技术领域。Stewart平台是一种典型的并联机器人机构，该机构具有6个自由度，首次用于并联机器人和数控机床被认为是二十世纪以来机床结构的一次革命，在这以后发明了多种6自由度并联机构。

由于结构的限制，6自由度并联机构有许多技术问题没能很好解决，如运动耦合性强、运动学正解复杂、工作空间小、传动特性差等。少自由度并联机器人机构在工业生产中具有广阔的应用前景，不少学者研究了多种该类型的机构，如Delta机构、Star Like机构等。中国学者在少自由度并联机器人机构的研究方面也取得了大量的研究成果（如专利申请号：01108297.6; 01113519.0; 03113354.1; 200410018623.8; 200510037951.7等）。

目前空间三自由度并联机构在加工装备、食品包装、医疗设备等领域具有广阔的应用前景，为克服并联结构形式的定位部件存在杆件多、运动副多、执行部分的惯性大而导致机构运行速度不高这一问题，需要创造出满足运动形式要求且运动副少、运行速度高的新机型。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种结构简单、制造、安装容易，传动精度高，成本低；且工作空间较大，传动特性好可实现空间三自由度运动的并联机构。

本发明为解决上述问题所采用的方案是

一种可实现空间三自由度并联机构，该机构由固定平台1、运动平台2和联接上述两平台的三条支链组成；其中第一支链从固定平台到运动平台依次由安装在固定平台上的第一导轨D1、套装在第一导轨D1上的第一圆柱副C1、第一圆柱副C1上固定的第一连杆L11、第一连杆L11另一端固定的第一移动副P1、与第一移动副P1移动配合的第二连杆L12、第二连杆L12另一端与运动平台之间安装的第一胡克铰U1组成；第二支链由固定平台到运动平台依次由安装在固定平台上的第二导轨D2、套装在第二导轨上的第二圆柱副C2、第二圆柱副上固定的第三连杆L21、第三连杆另一端固定的第二移动副P2、与第二移动副移动配合的第四连杆L22、第四连杆另一端与运动平台之间安装的第二胡克铰U2组成；第三支链由固定平台到运动平台依次由安装在固定平台上的第三导轨D3、套装在第三导轨上的第三圆柱副C3、第三圆柱副上固定的第五连杆L31、第五连杆另一端固定的第三移动副P3、与第三移动副移动配合的第六连杆L32、第六连杆另一端与运动平台之间安装的第三胡克铰U3组成；

所述三个胡克铰（U1，U2，U3）的一条转动轴线分别与对应的移动副（P1、P2、P3）的轴线垂直；

所述的三个圆柱副（C1，C2，C3）分别和对应的导轨（D1、D2、D3）的轴线平行，且分别与对应的移动副（P1、P2、P3）的轴线倾斜相交，倾斜角均相同；

所述的三个导轨（D1、D2、D3）汇交于一点，且均与固定平台1平行；

所述的三个圆柱副（C1，C2，C3）分别沿导轨（D1、D2、D3）的移动为机构的驱动。

本发明的优点和有益效果是：

1、机构工作平台可实现空间两维转动和一维移动形式的运动输出。

2、机构的驱动副完全放置于固定平台之上，大大减少了机构整体的运动惯性，从而可以实现机构的高速运动。

3、机构简单，制造、安装容易，传动精度高，成本低；且工作空间较大，传动特性好；同时机构的运动学正、反解简单，简化了轨迹规划、控制、校正等一系列技术问题。

4、通过在运动平台上串接一个两自由度动力头可实现五自由度混联加工中心。

附图说明

图1是本发明的空间三自由度并联机构结构示意图。

图2是本发明的实施例中运动平台运动示意图。

以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的空间三自由度并联机构，由固定平台1、运动平台2和联接上述两平台的三条支链组成；其中第一支链由固定平台到运动平台依次由安装在固定平台1上的第一导轨D1、套装在第一导轨D1上的第一圆柱副C1、第一圆柱副C1上固定的第一连杆L11、第一连杆L11另一端固定的第一移动副P1、与第一移动副P1移动配合的第二连杆L12、第二连杆L12另一端与运动平台之间安装的第一胡克铰U1组成；第二支链由固定平台到运动平台依次由安装在固定平台上的第二导轨D2、套装在第二导轨上的第二圆柱副C2、第二圆柱副上固定的第三连杆L21、第三连杆另一端固定的第二移动副P2、与第二移动副移动配合的第四连杆L22、第四连杆另一端与运动平台之间安装的第二胡克铰U2组成；第三支链由固定平台到运动平台依次由安装在固定平台上的第三导轨D3、套装在第三导轨上的第三圆柱副C3、第三圆柱副上固定的第五连杆L31、第五连杆另一端固定的第三移动副P3、与第三移动副移动配合的第六连杆L32、第六连杆另一端与运动平台之间安装的第三胡克铰U3组成；其中：

所说的三个胡克铰（U1，U2，U3）的一条转动轴线分别与对应的移动副（P1、P2、P3）的轴线垂直；

所说的三个圆柱副（C1，C2，C3）分别和对应的导轨（D1、D2、D3）的轴线平行，且分别与对应的移动副（P1、P2、P3）的轴线倾斜相交，倾斜角均相同；

所说的三个导轨（D1、D2、D3）汇交于一点，且均与固定平台1平行；

所说的三个圆柱副（C1，C2，C3）分别沿导轨（D1、D2、D3）的移动为机构的驱动。

如图1、2所示，通过驱动三个圆柱副（C1，C2，C3）分别沿导轨（D1、D2、D3）移动到不同的位置时，其余各移动副、胡克铰则在连杆和运动平台的拉动下，做相应的运动，从而实现运动平台在工作空间内做相应的运动输出。

Claims

1.一种空间三自由度并联机构，其特征在于该机构由固定平台(1)、运动平台(2)和联接上述两平台的三条支链组成；

其中第一支链由固定平台到运动平台依次由安装在固定平台上的第一导轨（D1）、套装在第一导轨上的第一圆柱副（C1）、第一圆柱副上固定的第一连杆（L11）、第一连杆另一端固定的第一移动副（P1）、与第一移动副移动配合的第二连杆（L12）、第二连杆另一端与运动平台之间安装的第一胡克铰（U1）组成；

第二支链由固定平台到运动平台依次由安装在固定平台上的第二导轨（D2）、套装在第二导轨上的第二圆柱副（C2）、第二圆柱副上固定的第三连杆（L21）、第三连杆另一端固定的第二移动副（P2）、与第二移动副移动配合的第四连杆（L22）、第四连杆另一端与运动平台之间安装的第二胡克铰（U2）组成；

第三支链由固定平台到运动平台依次由安装在固定平台上的第三导轨（D3）、套装在第三导轨上的第三圆柱副（C3）、第三圆柱副上固定的第五连杆（L31）、第五连杆另一端固定的第三移动副（P3）、与第三移动副移动配合的第六连杆（L32）、第六连杆另一端与运动平台之间安装的第三胡克铰（U3）组成；

所说三个胡克铰的一条转动轴线分别与对应的移动副的轴线垂直；

所说的三个圆柱副分别和对应的导轨的轴线平行，且分别与对应的移动副的轴线倾斜相交，倾斜角均相同；

所说的三个导轨汇交于一点，且均与固定平台（1）平行；

所说的三个圆柱副分别沿导轨的移动为机构的驱动。