CN104275691B - 具有三移两转五自由度的非对称并联机构 - Google Patents
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Abstract
一种具有三移两转的非对称并联机构，其包括动平台、机架和连接它们的三个并联分支，其中第一分支和第二分支中从机架到动平台依次连接有五个转动副；第三分支中从机架到动平台依次连接有六个转动副；上述第一分支中连接机架的转动副轴线平行于第二分支中连接机架的转动副轴线；上述第一分支中连接动平台的转动副轴线平行于第二分支中连接动平台的转动副轴线。本发明分支机构简单、工作空间大、灵活性好、加工装配简单、控制容易实现，在连续运动中能稳定地输出三移两转，具有良好的应用前景。
Description
技术领域 本发明属于机器人领域，特别涉及一种非对称并联机构。
背景技术 并联机器人与串联机器人相比，具有刚度大、运动速度快、精度高等优点，在机械工业领域具有广泛的应用。而具有三个移动两个转动五自由度的并联机构可以应用于医疗机械中手术机器人，运动模拟器，并联机床等。Piccin等在2009年发表的论文(Piccin O,Bayle B,Maurin B,et al.Kinematic modeling ofa 5-DOF parallel mechanism for semi-spherical workspace[J].Mechanism andMachine Theory,2009,44(8):1485-1496.)中，设计了一个五自由度并联机构用作CT环境下手术操作平台，但该机构存在奇异，在奇异位置，运动产生分岔，一种运动是三移两转，另一种运动是三转两移，所以该机构在整个连续运动中不能稳定地输出希望的三移两转运动，且该机构存在两对运动副共轴这样苛刻的几何条件，给装配制造带来了困难。专利CN 101693366A，CN 201669702U中提到了一种五自由度并联机构，但是该机构由于支链较多不仅影响了平台的运动范围，同时也增加了装配制造的时间和成本。
发明内容 本发明的目的在于提供一种分支结构简单、加工制造方便、控制容易，输出稳定的具有三移两转五自由度的非对称并联机构。本发明包括动平台、机架和连接它们的三个并联分支，这三个并联分支有四种连接方式：
第一种连接方式：第一分支与第二分支结构相同，从机架到动平台由第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副及第五转动副组成，这些转动副之间通过连杆连接，其中，第一转动副轴线平行于第二转动副轴线，第二转动副轴线垂直于第三转动副轴线，第三转动副轴线、第四转动副轴线、第五转动副轴线相互平行；第三分支中从机架到动平台依次由第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副及第六转动副组成，其中，第一转动副轴线、第二转动副轴线、第三转动副轴线交于一点，第三转动副轴线与第四转动副轴线是一般异面关系，第四转动副轴线平行于第五转动副轴线，第五转动副轴线垂直于第六转动副轴线；上述第一分支中第一转动副轴线平行于第二分支中第一转动副轴线，上述第一分支中第五转动副轴线平行于第二分支中第五转动副轴线。
第二种连接方式：第一分支和第二分支结构相同，从机架到动平台由第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副及第五转动副组成，这些转动副之间通过连杆连接，其中，第一转动副轴线、第二转动副轴线、第三转动副轴线相互平行，第三转动副轴线垂直于第四转动副轴线，第四转动副轴线平行于第五转动副轴线；第三分支中从机架到动平台依次由第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副及第六转动副组成，其中，第一转动副轴线、第二转动副轴线、第三转动副轴线交于一点，第三转动副轴线与第四转动副轴线是一般异面关系，第四转动副轴线平行于第五转动副轴线，第五转动副轴线垂直于第六转动副轴线；上述第一分支中第一转动副轴线平行于第二分支中第一转动副轴线，上述第一分支中第五转动副轴线平行于第二分支中第五转动副轴线。
第三种连接方式：第一分支和第二分支结构相同，从机架到动平台由第一转动副、第二转动副、第三转动副、移动副及第四转动副组成，其中，第一转动副与机架连接，第一转动副轴线平行于第二转动副轴线，第二转动副轴线垂直于第三转动副轴线，第三转动副与第四转动副之间由一个移动副连接并且该移动副移动轴线分别垂直于第三、第四转动副轴线，第三转动副轴线平行于第四转动副轴线，第四转动副与动平台连接，上述第一转动副、第二转动副和第三转动副之间通过连杆连接；第三分支中从机架到动平台依次连接球副、移动副、第一转动副、第二转动副，与机架连接的球副与移动副的一端连接，该移动副的另一端与该分支第一转动副连接并且移动轴线垂直于该分支第一转动副轴线，该分支第一转动副与该分支第二转动副连接且两个转动副轴线相互垂直，第二转动副与动平台连接，上述第一转动副和第二转动副之间通过连杆连接；上述第一分支中第一转动副轴线平行于第二分支中第一转动副轴线，上述第一分支中第四转动副轴线平行于第二分支中第四转动副轴线。
第四中连接方式：第一分支与第二分支结构相同，从机架到动平台由第一转动副、移动副、第二转动副、第三转动副及第四转动副组成，其中，与机架连接的第一转动副与第二转动副之间由一个移动副连接，且该移动副移动轴线分别垂直于第一转动副轴线、第二转动副轴线，第一转动副轴线平行于第二转动副轴线，第二转动副与第三转动副之间以及第三转动副与第四转动副之间通过连杆连接，第四转动副与动平台连接，上述第二转动副轴线分别垂直于第三转动副轴线、第四转动副轴线；第三分支的结构与第三种连接方式中第三分支的结构完全相同；上述第一分支和第二分支之间运动副的几何关系与第三种连接方式中第一分支和第二分支之间运动副的几何关系完全相同。
所述的移动副轴线是指与移动副的运动方向平行的直线，转动副轴线是指转动副转动时所围绕转动的中心线。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
机构中无苛刻的几何条件，分支结构简单，工作空间大，加工制造比较方便，控制容易实现，在连续运动中能稳定地输出三移两转。
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。
图4是本发明实施例4的立体示意简图。
具体实施方式：
实施例1：
在图1所示的具有三移两转五自由度的非对称并联机构示意图中，第一分支中与机架连接的转动副R11轴线平行于转动副R12轴线，转动副R12轴线垂直于转动副R13轴线，转动副R13轴线、转动副R14轴线、转动副R15轴线相互平行且转动副R15与动平台连接；上述各转动副之间分别通过连杆连接，第二分支中与机架连接的转动副R21轴线平行于转动副R22轴线，转动副R22轴线垂直于转动副R23轴线，转动副R23轴线、转动副R24轴线、转动副R25轴线相互平行且转动副R25与动平台连接，上述各转动副之间分别通过连杆连接；第三分支中的转动副R31与机架连接并且转动副R31轴线、转动副R32轴线、转动副R33轴线交于一点，转动副R33轴线与转动副R44轴线是一般异面关系，转动副R34轴线平行于转动副R35轴线，转动副R35轴线垂直于转动副R36轴线并且转动副R36与动平台连接，上述各转动副之间分别通过连杆连接；上述第一分支中的转动副R11轴线平行于第二分支中转动副R21轴线，上述第一分支中的转动副R15轴线平行于第二分支中转动副R25轴线。
实施例2：
在图2所示的具有三移两转五自由度的非对称并联机构示意图中，第一分支中与机架相连的转动副R11轴线平行于转动副R12轴线，转动副R12轴线平行于转动副R13轴线，转动副R13轴线垂直于转动副R14轴线，转动副R14轴线平行于转动副R15轴线并且转动副R15与动平台连接，上述各转动副之间分别通过连杆连接；第二分支中与机架相连的转动副R21轴线平行于转动副R22轴线，转动副R22轴线平行于转动副R23轴线，转动副R23轴线垂直于转动副R24轴线，转动副R24轴线平行于转动副R25轴线并且转动副R25与动平台连接，上述各转动副之间分别通过连杆连接；第三分支中的转动副R31与机架连接并且转动副R31轴线、转动副R32轴线、转动副R33轴线交于一点，转动副R33轴线与转动副R34轴线是一般异面关系，转动副R34轴线平行于转动副R35轴线，转动副R35轴线垂直于转动副R36轴线并且转动副R36与动平台连接；上述第一分支中的转动副R11轴线平行于第二分支中转动副R21轴线，上述第一分支中的转动副R15轴线平行于第二分支中转动副R25轴线。
实施例3：
在图3所示的具有三移两转五自由度的非对称并联机构示意图中，第一分支中转动副R11与机架1连接，转动副R11轴线平行于转动副R12轴线，转动副R12轴线垂直于转动副R13轴线，转动副R11、转动副R12和转动副R13之间分别通过连杆连接，转动副R13与转动副R15由移动副P14连接并且移动副P14移动轴线分别垂直于转动副R13与转动副R15轴线，转动副R13轴线与转动副R15轴线相互平行，转动副R15与动平台2连接；第二分支中转动副R21与机架1连接，转动副R21轴线平行于转动副R22轴线，转动副R22轴线垂直于转动副R23轴线，转动副R21、转动副R22和转动副R23之间分别通过连杆连接，转动副R23与转动副R25由移动副P24连接并且移动副P24移动轴线分别垂直于转动副R23与转动副R25轴线，转动副R23轴线与转动副R25轴线相互平行，转动副R25与动平台2连接；第三分支中球副S31与机架1连接，转动副R33与球副S31由移动副P32连接并且移动副P32移动轴线垂直于转动副R33轴线，转动副R33通过连杆与转动副R34连接，转动副R34与动平台2连接，转动副R33轴线垂直于转动副R34轴线；上述第一分支中转动副R11轴线平行于第二分支中转动副R21轴线，上述第一分支中转动副R15轴线平行于第二分支中转动副R25轴线。
实施例4
在图4所示的具有三移两转五自由度的非对称并联机构示意图中，第一分支和第二分支中从机架到动平台各副连接顺序与实施例3中第一分支和第二分支中各副连接顺序颠倒，但各副之间轴线关系与实施例3中第一分支和地二分支中各副之间轴线关系不变；第三分支与实施例3中第三分支完全相同；上述分支中第一分支和第二分支之间副的几何关系与实施例3中第一分支和第二分支之间副的几何关系完全相同。
Claims (4)
1.一种具有三移两转五自由度的非对称并联机构，包括机架、动平台以及连接它们的三个分支，其特征在于：它的第一分支与第二分支结构相同，从机架到动平台由第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副及第五转动副组成，这些转动副之间通过连杆连接，其中，第一转动副轴线平行于第二转动副轴线，第二转动副轴线垂直于第三转动副轴线，第三转动副轴线、第四转动副轴线、第五转动副轴线相互平行；第三分支中从机架到动平台依次由第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副及第六转动副组成，这些转动副之间通过连杆连接，其中，第一转动副轴线、第二转动副轴线、第三转动副轴线交于一点，第三转动副轴线与第四转动副轴线是一般异面关系，第四转动副轴线平行于第五转动副轴线，第五转动副轴线垂直于第六转动副轴线；上述第一分支中第一转动副轴线平行于第二分支中第一转动副轴线，上述第一分支中第五转动副轴线平行于第二分支中第五转动副轴线。
2.一种具有三移两转五自由度的非对称并联机构，包括机架、动平台以及连接它们的三个分支，其特征在于：它的第一分支和第二分支结构相同，从机架到动平台由第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副及第五转动副组成，这些转动副之间通过连杆连接，其中，第一转动副轴线、第二转动副轴线、第三转动副轴线相互平行，第三转动副轴线垂直于第四转动副轴线，第四转动副轴线平行于第五转动副轴线；第三分支中从机架到动平台依次由第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副及第六转动副组成，这些转动副之间通过连杆连接，其中，第一转动副轴线、第二转动副轴线、第三转动副轴线交于一点，第三转动副轴线与第四转动副轴线是一般异面关系，第四转动副轴线平行于第五转动副轴线，第五转动副轴线垂直于第六转动副轴线；上述第一分支中第一转动副轴线平行于第二分支中第一转动副轴线，上述第一分支中第五转动副轴线平行于第二分支中第五转动副轴线。
3.一种具有三移两转五自由度的非对称并联机构，包括机架、动平台以及连接它们的三个分支，其特征在于：第一分支和第二分支结构相同，从机架到动平台由第一转动副、第二转动副、第三转动副、移动副及第四转动副组成，其中，第一转动副与机架连接，第一转动副轴线平行于第二转动副轴线，第二转动副轴线垂直于第三转动副轴线，第三转动副与第四转动副之间由一个移动副连接并且该移动副移动轴线分别垂直于第三、第四转动副轴线，第三转动副轴线平行于第四转动副轴线，第四转动副与动平台连接，上述第一转动副、第二转动副和第三转动副之间通过连杆连接；第三分支中从机架到动平台依次连接球副、移动副、第一转动副、第二转动副，与机架连接的球副与移动副的一端连接，该移动副的另一端与该分支第一转动副连接并且移动轴线垂直于该分支第一转动副轴线，该分支第一转动副与该分支第二转动副连接且两个转动副轴线相互垂直，第二转动副与动平台连接，上述第一转动副和第二转动副之间通过连杆连接；上述第一分支中第一转动副轴线平行于第二分支中第一转动副轴线，上述第一分支中第四转动副轴线平行于第二分支中第四转动副轴线。
4.一种具有三移两转五自由度的非对称并联机构，包括机架、动平台以及连接它们的三个分支，其特征在于：第一分支与第二分支结构相同，从机架到动平台由第一转动副、移动副、第二转动副、第三转动副及第四转动副组成，其中，与机架连接的第一转动副与第二转动副之间由一个移动副连接，且该移动副移动轴线分别垂直于第一转动副轴线、第二转动副轴线，第一转动副轴线平行于第二转动副轴线，第二转动副与第三转动副之间以及第三转动副与第四转动副之间通过连杆连接，第四转动副与动平台连接，上述第二转动副轴线分别垂直于第三转动副轴线、第四转动副轴线；第三分支中与机架连接的球副与该分支的移动副的一端连接，该移动副的另一端与该分支第一转动副连接并且移动轴线垂直于该分支第一转动副轴线，该分支第一转动副与该分支第二转动副连接且两个转动副轴线相互垂直，第二转动副与动平台连接，上述第一转动副和第二转动副之间通过连杆连接；上述第一分支中第一转动副轴线平行于第二分支中第一转动副轴线，上述第一分支中第四转动副轴线平行于第二分支中第四转动副轴线。
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