CN104669246A - 一种(2t1r)&1t四自由度解耦混联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦混联机构。主要包括一个并联机构(2T1R)和串接在并联机构动平台上的一个移动副1T，并联机构由定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的三个分支构成。分支一、二是由一个圆柱副和一个平行四边形铰链和两个轴线平行转动副及轴线垂直于动平台的转动副，以及连接它们的四个连杆组成；分支三由一个平行于定平台的转动副和由三个轴线相互平行的转动副及连接它们的三个连杆组成；机构末端通过垂直于动平台的移动副与动平台连接。本发明结构稳定，能够实现三个移动和绕分支三中与定平台连接的转动副轴线的转动，各运动解耦，易于控制，运动空间大，承载力强。
Description
所属技术领域
本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦混联机构。
背景技术
混联机器人是指：至少包括一个并联机构和一个或多个串联机构按照一定的方式组合在一起的复杂机械系统。混联机构是串、并联机构的组合体，它能综合继承并联机构和串联机构的优良属性，并在两者之间提供一种较好的性能平衡，从而具有更好的实用性。
少自由度并联机构设计与创新是混联机构的设计一个重要前提，由于混联机器人包涵并联结构，并联机构存在运动耦合性强的问题。混联机器人耦合性的存在使得机构在机构设计、计算分析和运动控制等方面存在着诸多问题。因此，为简化混联机器人的控制过程，提高混联机构的解耦性已经成为机构学研究领域的热点问题。
对于三自由度并联机构的解耦性研究取得一些进展，例如，中国专利文献CN 104002298 A提出了一种制造成本低、能够实现动平台两个移动和一个转动运动完全解耦，而且易于控制、反应速度快和承载力强。三自由度解耦并联机构的存在为混联解耦机构的发现提供重要的基础，目前国内学者发明了一些四自由度混联机构，例如，中国专利CN203427028U发明了一种四自由度混联机器人。上述发明机构虽然机构动平台能实现四自由度运动，但是能实现解耦的混联机构十分稀少，大部分混联机构的解耦性并没有很好解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构稳定、易于控制、运动解耦的三移一转四自由度混联机构。本发明由一个并联机构(2T1R)和连接在并联机构的一个移动副1T构成(2T1R)＆1T四自由度解耦混联机构。并联机构由定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的三个分支。分支一是由一个圆柱副和一个平行四边形铰链和两个轴线平行转动副及轴线垂直于动平台的转动副，以及连接它们的四个连杆组成；分支二由一个圆柱副和一个平行四边形铰链和两个轴线平行转动副及轴线垂直于动平台的转动副，以及连接它们的连杆组成；分支三由一个平行于定平台的转动副和由三个轴线相互平行且垂直于定平台的转动副及连接它们的三个连杆组成；机构末端通过垂直于动平台的移动副与动平台连接。
分支一中，第一连杆的一端通过圆柱副与定平台圆柱导轨连接，另一端与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链另一端与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，连杆另一端通过转动副与第四个连杆连接，第四个连杆另一端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，其中第三个连杆两端的转动副轴线相互平行，第四个连杆两端转动副轴线相互垂直；分支二中，第一连杆的一端通过圆柱副与定平台圆柱导轨连接，另一端与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链另一端与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，连杆另一端通过转动副与第四个连杆连接，第四个连杆另一端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，其中第三个连杆两端的转动副轴线相互平行，第四个连杆两端转动副轴线相互垂直；分支三第一连杆的一端通过平行于定平台的转动副与定平台连接，另一端通过转动副与第二连杆连接，第二连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中与动平台相连的三个转动副其轴线相互平行且垂直于动平台；机构末端通过垂直于动平台的移动副与动平台连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、结构稳定，运动副有低副也有复合运动副，装配简单；
2、实现了空间三个移动自由度和一个转动自由度解耦；
3、并联机构分支中含有冗余自由度有利于改善并联机构性能，如避开自身的奇异位形、回避障碍物与克服关节转角限制等。
4、所有输入驱动全部与平台相连，这样减少了杆件的负载，具有良好的运动性和稳定性及较大的操作空间。
附图说明
图1是本发明的立体示意简图。
图2整体示意结构简图。
图3整体示意结构简图。
具体实施方式
在图2、3所示的一种三移一转四自由度解耦空间混联机构示意图中，定平台1动平台27为长方形结构，该定平台的相邻两边部有圆柱导轨，导轨的中心线与定底面平行；分支一中的第一连杆3的一端通过圆柱副2与定平台1上圆柱导轨连接，该连杆3的另一端与平行四边形铰链4连接，平行四边形铰链4另一端与第二个连杆5连接，第二个连杆5另一端通过转动副6与第三个连杆7连接，连杆7的另一端通过转动副8与第四个连杆9连接，连杆9的另一端通过转动副10与动平台27连接；分支二中的第一连杆12的一端通过圆柱副11与定平台1上圆柱导轨连接，该连杆12的另一端与平行四边形铰链13连接，平行四边形铰链13另一端与第二个连杆连接14，第二个连杆14另一端通过转动副15与第三个连杆16连接，连杆16的另一端通过转动副17与第四个连杆18连接，连杆18的另一端通过转动副19与动平台27连接；分支三中的第一连杆21的一端通过转动副20与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副22与第二连杆的23一端连接，该第二连杆23的另一端通过转动副24与第三连杆25连接，连杆25另一端通过转动副26与动平台27连接；机构末端29通过移动副28与动平台27连接。
分支一中的圆柱副2的轴线平行定平台所在的边，平行四边形铰链4、及第三个连杆两端的两个转动副6、8的轴线平行于圆柱副2的轴线，与动平台连接的转动副10轴线垂直于动平台27且垂直于2、4、6、8轴线；分支二中圆柱副11的轴线平行定平台所在的边，垂直于分支一中圆柱副2轴线，平行四边形铰链13、及与铰链连接的两个转动副15、17的轴线平行于圆柱副11的轴线，与动平台连接的转动副19轴线垂直于动平台27且垂直于10、11、13、15、17轴线；分支三中转动副20轴线与分支一中的转动副2、6、8轴线平行，转动副22、24、26轴线相互平行且垂直于定平台1垂于轴线20；移动副18中心线垂直与动平台。
Claims (3)
1.一种(2T1R)&1T四自由度解耦混联机构，其包括一个并联机构(2T1R)和连接在并联机构的一个移动副1T，并联机构由定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的三个分支。其特征在于：定平台两相邻底边安装圆柱导轨，所述圆柱导轨的中心线与定平台平行，动定平台为长方形。其分支一中，第一连杆的一端通过圆柱副与定平台圆柱导轨连接，另一端与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链另一端与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，连杆另一端通过转动副与第四个连杆连接，第四个连杆另一端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，其中第三个连杆两端的转动副轴线相互平行，第四个连杆两端转动副轴线相互垂直；分支二中，第一连杆的一端通过圆柱副与定平台圆柱导轨连接，另一端与平行四边形铰链连接，该平行四边形铰链另一端与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，连杆另一端通过转动副与第四个连杆连接，第四个连杆另一端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，其中第三个连杆两端的转动副轴线相互平行，第四个连杆两端转动副轴线相互垂直；分支三第一连杆的一端通过平行于定平台的转动副与定平台连接，另一端通过转动副与第二连杆连接，第二连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中与动平台相连的三个转动副其轴线相互平行且垂直于动平台；机构末端通过垂直于动平台的移动副与动平台连接。
2.根据权利要求1所述的一种解耦的三移一转四自由度混联机构，其特征在于：上述分支一中与定平台连接的圆柱副为主动驱动；上述分支二中与定平台连接圆柱副为主动驱动；上述分支三中与定平台连接的转动副为主动驱动；上述与动平台连接的移动副为主动驱动。
3.根据权利要求1所述的一种解耦的三移一转四自由度混联机构，其特征在于：上述分支一、二中第四个连杆两端的转动副可以用万向铰代替；上述分支三中第一个连杆两端的转动副可以用万向铰代替。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201510032329.0A CN104669246A (zh) | 2015-01-20 | 2015-01-20 | 一种(2t1r)&1t四自由度解耦混联机构 |
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Publications (1)
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| CN104669246A true CN104669246A (zh) | 2015-06-03 |
Family
ID=53305091
Family Applications (1)
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| CN201510032329.0A Pending CN104669246A (zh) | 2015-01-20 | 2015-01-20 | 一种(2t1r)&1t四自由度解耦混联机构 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN104669246A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN105599001A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-05-25 | 褚宏鹏 | 大工作空间两转动机器人关节 |
| CN107639629A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-01-30 | 河南科技大学 | 一种四分支三自由度各向同性平面并联机器人机构 |
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| CN112959300A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-15 | 重庆工程职业技术学院 | 一种面对称型两转动一移动并联机构 |
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2015
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |