CN104875196A - 具有三维转动特征动平台的空间调姿并联机构 - Google Patents
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Abstract
一种机器人技术领域的具有三维转动特征动平台的空间调姿并联机构，包括：动平台、三个与之相连且带有各自静平台的支链，其中：每个支链由依次连接的静平台、万向副、连杆和球铰副组成，球铰副与动平台相连。三个支链的万向副的两个转动轴线两两相交且互呈角度，其中：第一支链的万向副中的转动副为主动转动副，该主动转动副的驱动装置是所有能够提供旋转驱动的装置。本发明可以实现末端的三维转动特征，且该机构的驱动和约束分布均匀，同时无冗余约束和驱动，同时各支链只含两个运动副和一个连杆，结构较简单。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种机器人领域的技术，具体是一种具有三维转动特征动平台的空间调姿并联机构。
背景技术
并联机构的广义定义：动平台和静平台通过至少两个独立的运动链相连接，且以并联方式驱动的一种闭环机构。和串联机器人相比较，并联机器人具有以下优点：1)无累积误差，精度较高；2)驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；3)结构紧凑，刚度高，承载能力大。
根据这些特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用，而少自由度并联机构相对于六自由度并联机构来说，又具有结构简单、造价低、运动学求解相对简单、输入少且控制较易实现等特点。因此少自由度并联机构在工业机器人、虚轴数控机床、飞机运动模拟器以及医用机器人等领域具有广泛的应用前景。
目前绝大多数并联机构由含三个或以上运动副和两个或以上连杆的支链所构成，对于由含两个运动副和一个连杆的支链所构成的并联机构的研究还很少。对于并联机构而言，支链所含的运动副和连杆数越少，其结构越简单，运动精度也较高，因此设计结构简单且支链所含运动副和连杆数较少的并联机构是实际工程应用的迫切需要。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103302659A公开(公告)日2013.09.18，公开了一种单自由度变胞机构，包括：动平台、三个静平台和分别连接两种平台的三个支链，其中：第一支链和第二支链的结构相同，分别包括：依次由连杆相连的第一单自由度运动副、第二单自由度运动副和万向副，其中：第一单自由度运动副与第一静平台或第二静平台相连，第一万向副或第二万向副与动平台相连；第三支链包括：由连杆相连的第一球铰副和第二球铰副，其中：第一球铰副与第三静平台相连，第二球铰副与动平台相连。
但该技术通过两个或以上支链将静平台与动平台连接的空间复杂连杆机构，其中支链由运动副(转动副、万向副、球铰副和平动副)和连杆通过一定的几何关系组合而成，结构较为复杂。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有三维转动特征动平台的空间调姿并联机构，可以实现空间内的任意姿态调节；同时各支链都为动平台提供均匀且有效的约束和支撑，从而使执行端的受力更均匀，进而改善了驱动支链的受力状况；此外该机构不存在冗余约束。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：动平台、三个与之相连且带有各自静平台的支链，其中：每个支链由依次连接的静平台、万向副、连杆和球铰副组成，球铰副与动平台相连。
三个支链的万向副的两个转动轴线两两相交且互呈角度，其中：第一支链的万向副中的转动副为主动转动副，该主动转动副的驱动装置是所有能够提供旋转驱动的装置。
技术效果
与现有技术相比，本发明因为每个支链只为动平台提供一个约束，三个支链共计三个约束且不存在任何的冗余约束；该机构的动平台具有三维转动特征，可以实现空间内的任意姿态调节；同时各支链都为动平台提供均匀且有效的约束和支撑，从而使执行端的受力更均匀，进而改善了驱动支链的受力状况；各支链含两个运动副和一个连杆，结构较简单。
目前实现空间姿态调节的并联机构一般由含有3个或以上运动副和两个或以上连杆的支链组合而成，对于并联机构的支链而言，减少连杆数和运动副数，可减小运动误差和简化力在支链上的传递路径，从而提高并联机构的力学性能和运动精度。该发明机构的支链含有两个运动副和一个连杆，同时动平台具有三维转动特征，即可实现空间任意姿态的调节，因此该发明机构具有比一般空间调姿并联机构更好的性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，动平台M通过三个呈中心对称分布且结构相同的分支与机架并联连接：
第一至第三支链A1～A3中，第一至第三万向副U1～U3分别连接第一至第三静平台F1～F3，第一至第三连杆1～3分别连接第一至第三万向副U1～U3以及第一至第三球铰副S1～S3，第一至第三球铰副S1～S3分别与动平台M相连。
第一至第三万向副U1～U3的两转动轴线相交于o点且成一定角度；
以U1、U2和U3的第一转动副为主动转动副；主动转动副的驱动装置是所有能够提供旋转驱动的装置；
动平台具有三维转动特征，可以实现空间内的任意姿态调节。
本装置与现有技术相比，各支链由万向副、球铰副和一个连杆构成，其动平台具有三维转动特征或绕任意方向轴线转动的能力，可绕空间任意方向轴线转动，因此可以用于飞机运动模拟和空间姿态调节装置。
Claims (3)
1.一种具有三维转动特征动平台的空间调姿并联机构，其特征在于，包括：动平台、三个与之相连且带有各自静平台的支链，其中：每个支链由依次连接的静平台、万向副、连杆和球铰副组成，球铰副与动平台相连；三个支链的万向副的两个转动轴线两两相交且互呈角度。
2.根据权利要求1所述的具有三维转动特征动平台的空间调姿并联机构，其特征是，第一支链的万向副中的转动副为主动转动副。
3.根据权利要求2所述的具有三维转动特征动平台的空间调姿并联机构，其特征是，所述的主动转动副的驱动装置是所有能够提供旋转驱动的装置。
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