CN104760038A - 一种三自由度混联转动平台 - Google Patents

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许允斗
闫文楠
陈亮亮
张东胜
姚建涛
赵永生
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Abstract

一种三自由度混联转动平台，它是由一个并联机构和一个回转装置组成，所述并联机构是由UPS支链、UPS-R-UPS复合支链和约束支链连接机架和中间运动平台，其中，UPS支链的上下端分别通过S副和U副与中间运动平台和机架连接，UPS-R-UPS复合支链中的两UPS子链在初始位置关于其R副轴线对称分布，该R副轴线与约束支链U副连接动平台的轴线重合，所述回转装置由两条结构相同的RRS支链和上、下运动平台组成。上运动平台和中间动平台之间、下运动平台与机架之间均设有回转轴承，两条RRS支链的两端分别通过R副和S副与上运动平台和下运动平台连接，所述两条RRS支链对称布置。本发明承载能力大，具有良好的应用前景。

Description

一种三自由度混联转动平台
技术领域
本发明属于机器人领域，特别涉及一种三自由度混联转动平台。
背景技术
三自由度转动平台在很多场合，诸如船舶、车辆和飞行器上的平台姿态调整与自稳定，医疗器械、摄像机和望远镜定位，以及天线和太阳能电池板方位跟踪等领域，都有非常大的应用前景。然而，现在大部分三自由度转动平台采用串联机构，串联机构虽然工作空间大，能实现大范围的回转，但是承载能力差，不能承受太大的载荷。因此，采用串并联形式的混联机构作为三自由度转台的结构方案是一种更佳的选择，目前已有少量的三自由度串并联混联机转台，这些转台大多以二自由度并联机构2UPS+U实现横倾和纵倾运动(U、P和S分别代表虎克铰、移动副和球副)，回转运动通过在动平台上方或定平台下方安装回转驱动装置实现，如专利CN1480954A等。这样的结构方案并联机构仅含有两条驱动支链，承载能力小；而且回转装置要么安装在并联机构动平台上方，该回转装置的重量也要由并联机构的驱动装置承受，要么安装在并联机构动平台下方，该回转装置要承受整个并联机构的重量，都极大的减小了这种转台的承载能力。本发明拟提出一种承载能力大的三自由度混联转动平台，其中并联机构含有三条支链，且回转装置直接安装在机架上，不用承受上方并联机构的重量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种承载能力大的三自由度混联转动平台。
本发明的技术方案如下：
本发明包括一个并联机构和一个回转装置，其中回转装置上运动平台串接于并联机构动平台上方，其驱动机构直接与机架相连。
所述并联机构包括三条支链、机架和中间运动平台，所述三条支链分别为UPS支链、UPS-R-UPS复合支链和约束支链。其中，UPS支链的下连杆通过U副与机架连接，该支链的上连杆通过S副与中间运动平台连接，上连杆和下连杆通过P副连接；UPS-R-UPS复合支链是由两个与上述UPS支链结构相同的UPS子链和连杆组成，每个UPS子链的一端也是通过U副与机架连接，其另一端分别通过S副连接在连杆的两端，该连杆中间通过R副与中间运动平台连接；约束支链是由固定支撑杆和U副组成，固定支撑杆的一端与机架中心部位固连，该固定支撑杆的另一端通过U副与中间运动平台连接。上述UPS-R-UPS复合支链中的两UPS子链在初始位置关于其R副轴线对称分布，该R副轴线与约束支链U副连接动平台的轴线重合，UPS支链S副中心与约束支链U副中心的连线在约束支链U副两条轴线之间。
所述回转装置由两条结构相同的RRS支链、上运动平台和下运动平台组成。其中，上运动平台通过回转轴承与上述并联机构中的中间运动平台连接，该回转轴承中心通过上述并联机构中约束支链的U副中心，下运动平台通过回转轴承与机架连接，该回转轴承中心也通过上述并联机构中约束支链的U副中心；两条RRS支链的一端通过R副与下运动平台连接，该R副通过另一个轴线与其平行的R副与S副连接，该S副与上运动平台连接，所述两条RRS支链对称布置，且两RRS支链的S副中心连线通过并联机构约束支链U副中心。通过驱动下运动平台回转，下运动平台通过RRS支链将回转运动传递至上运动平台，进而带动上运动平台旋转，绕机架转动。
本发明与现有技术相比具有如下优点：并联机构部分含有三条驱动支链，回转装置直接安装在机架上，并通过两条约束支链带动平台绕并联机构动平台回转，而不用承受上方并联机构的重量，极大地增大了该转台的承载能力。
附图说明
附图1是本发明的主视示意简图。
附图2是本发明的等轴测示意简图。
图中：1.转动副R2 2.转动副R3 3.球副S 4.上运动平台 5.中间运动平台 6.虎克铰U 7.连杆 8.移动副P 9.固定支撑杆 10.下运动平台 11.机架12.RRS支链 13.UPS支链 14.UPS-R-UPS复合支链。
具体实施方式
在图1、2所示的三自由度混联转动平台的示意图中，该平台主要包括一个并联机构和一个回转装置，其中回转装置上运动平台串接与并联机构动平台上方，其驱动机构直接与机架相连。
所述并联机构包括三条支链、机架11和中间运动平台5，所述三条支链分别为UPS支链13、UPS-R-UPS复合支链14和约束支链。其中，UPS支链的下连杆通过虎克铰与机架连接，该支链的上连杆通过球铰与中间运动平台连接，上连杆和下连杆通过移动副8连接；UPS-R-UPS复合支链是由两个与上述UPS支链结构相同的UPS子链和连杆7组成，每个UPS子链的一端也是通过虎克铰与机架连接，其另一端分别通过球副连接在连杆的两端，该连杆中间通过转动副与中间运动平台连接；约束支链是由固定支撑杆9和虎克铰6组成，固定支撑杆的一端与机架中心部位固连，该固定支撑杆的另一端通过虎克铰与中间运动平台连接。
上述UPS-R-UPS复合支链中的两UPS子链在初始位置关于其R副轴线对称分布，该R副轴线与约束支链U副连接动平台的轴线重合，UPS支链S副中心与约束支链U副中心的连线在约束支链U副两条轴线之间。
所述回转装置由两条结构相同的RRS支链12、上运动平台4和下运动平台10组成。其中，上运动平台通过回转轴承与上述并联机构中的中间运动平台连接，该回转轴承中心通过上述并联机构中约束支链的虎克铰中心，下运动平台通过回转轴承与机架连接，该回转轴承中心也通过上述并联机构中约束支链的虎克铰中心；两条RRS支链的一端通过转动副R21与下运动平台连接，该转动副R2通过另一个转动副R32与球铰3连接，该球铰与上运动平台连接，所述两条RRS支链对称布置，且两RRS支链的S副中心连线通过并联机构约束支链U副中心。

Claims (3)

1.一种三自由度混联转动平台，其特征在于：它是由一个并联机构和一个回转装置组成，回转装置上平台串接于并联机构动平台上方，其驱动机构直接与机架相连。
2.根据权利要求1所述的三自由度混联转动平台，其特征在于：所述并联机构包括三条支链、机架和中间运动平台，所述三条支链分别为UPS支链、UPS-R-UPS复合支链和约束支链；其中，UPS支链的下连杆通过U副与机架连接，该支链的上连杆通过S副与中间运动平台连接，上连杆和下连杆通过P副连接；UPS-R-UPS复合支链是由两个与上述UPS支链结构相同的UPS子链和连杆组成，每个UPS子链的一端也是通过U副与机架连接，其另一端分别通过S副连接在连杆的两端，该连杆中间通过R副与中间运动平台连接；约束支链是由固定支撑杆和U副组成，固定支撑杆的一端与机架中心部位固连，该固定支撑杆的另一端通过U副与中间运动平台连接；上述UPS-R-UPS复合支链中的两UPS子链在初始位置关于其R副轴线对称分布，该R副轴线与约束支链U副连接动平台的轴线重合，UPS支链S副中心与约束支链U副中心的连线在约束支链U副两条轴线之间。
3.根据权利要求1所述的三自由度混联转动平台，其特征在于：所述回转装置由两条结构相同的RRS支链、上运动平台和下运动平台组成。其中，上运动平台通过回转轴承与上述并联机构中的中间运动平台连接，该回转轴承中心通过上述并联机构中约束支链的U副中心，下运动平台通过回转轴承与机架连接，该回转轴承中心也通过上述并联机构中约束支链的U副中心；两条RRS支链的一端通过R副与下运动平台连接，该R副通过另一个轴线与其平行的R副与S副连接，该S副与上运动平台连接，所述两条RRS支链对称布置，且两RRS支链的S副中心连线通过并联机构约束支链U副中心。
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