CN104942796A - 三移动二转动五自由度转动移动完全解耦并联机构 - Google Patents

三移动二转动五自由度转动移动完全解耦并联机构 Download PDF

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Abstract

一种三移动二转动五自由度转动移动完全解耦并联机构，包括：动平台、基座以及三条支链，其中：支链的一端均与基座活动连接，另一端与动平台转动连接，所述的三条支链包括：两个双转动自由度支链和一个单转动自由度支链，使得动平台作三维移动和绕固定点作球面二自由度转动；所述的动平台的转动特征与移动特征具有转动移动完全解耦的特点，同时本装置具有支链少，结构简单，易于装配，机构性能高，易于控制的优点。

Description

三移动二转动五自由度转动移动完全解耦并联机构
技术领域
本发明涉及的是一种机器人领域的技术，具体是一种三移动二转动(3T2R)五自由度转动移动完全解耦并联机构。
背景技术
并联机构通常由动平台和固定平台通过多条支链联结而成，较串联机构，具有结构紧凑、刚度、承载能力强、累积误差小等优点，故得到广泛的工程实际应用中。
现有大多数五自由度并联机构不具有解耦特征，控制较为复杂，较难满足工程实际应用要求；目前大多数五自由度并联机构均具有5条链，这不仅限制了动平台的工作空间，而且增加材料，使结构更为复杂。现有大多数五自由度并联机构的特征并非解耦机构，这增加了控制难度。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101716764A，公开(公告)日，2010.06.02，公开了一种适用于减振的五自由度冗余驱动混联机构，该机构由定平台，中间平台、动平台、六个主动支链和一个被动支链构成。中间平台通过三个结构相同的分支与定平台相连，每个分支中含有一个固定于定平台上的倾斜放置的可伸缩杆作为驱动副，驱动杆的另一端通过万向铰与一根定长杆相连，而定长杆通过另一个万向铰与中间平台相连，且两个万向铰的内轴线和外轴线分别相互平行；中间平台与动平台之间通过三个结构相同分支连接，每个分支含有一个作为驱动副的可伸缩连杆，连杆一端用万向铰与中间平台相连，另一端通过球铰与动平台相连；动平台与中间平台的中心通过含有一个万向铰的被动支链相连。但该技术为冗余驱动，要求驱动电机多于平台自由度，且结构较为复杂，不便于控制。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种三移动二转动五自由度转动移动完全解耦并联机构，其动平台的转动特征与移动特征具有转动移动完全解耦的特点，并且本发明具有支链少，结构简单，易于装配，机构性能高，易于控制。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：动平台、基座以及三条支链，其中：支链的一端均与基座活动连接，另一端与动平台转动连接，使得动平台作三维移动和绕固定点作球面二自由度转动。
所述的三条支链包括：两个双转动自由度支链和一个单转动自由度支链。
所述的双转动自由度支链包括：依次串联的移动副以及两个弧形杆，其中：第一双转动自由度支链的第一弧形杆的一端分别与动平台和第一双转动自由度支链的第二弧形杆的一端转动连接并构成转动副，第一双转动自由度支链的第一弧形杆的另一端与移动副转动连接构成转动副，第二双转动自由度支链的第一弧形杆的一端分别与第二双转动自由度支链的第二弧形杆的一端以及第一双转动自由度支链的第二弧形杆的另一端转动连接并构成转动副，第二双转动自由度支链的第二弧形杆的另一端与动平台转动连接并构成转动副，第二双转动自由度支链的第一弧形杆的另一端与移动副转动连接构成转动副。
所述的单转动自由度支链包括：依次串联的运动副和一个弧形杆，其中：弧形杆的末端与动平台转动连接并构成转动副，运动副的末端与基座活动连接。
所述的运动副优选采用平行四边形运动副，该运动副也可以替换为移动副实现，所述的支链均通过移动副或转动副驱动。
技术效果
与现有技术相比，本发明大幅度减少支链的数量，结构简单紧凑，装配容易，刚度好，机构运动灵活，动平台的转动特征与移动特征完全解耦。
附图说明
图1为实施例1结构图；
图2为实施例2结构图；
图中：1为基座、2、3、4为直连杆、5、6为弧形杆、7动平台、L1～L3为支链、Pa为平行四边形运动副、P1～P3为移动副、R11～R31为转动副。
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，本实施例包括：动平台7、基座1以及三条支链L1～L3，其中：支链L1～L3的一端均与基座1活动连接，另一端与动平台7转动连接，使得动平台7作三维移动和绕固定点作球面二自由度转动。
所述的三条支链L1～L3包括：两个双转动自由度支链L1、L2和一个单转动自由度支链L3。
所述的双转动自由度支链L1、L2包括：依次串联的平行四边形运动副Pa以及两个转动连接的弧形杆5、6，其中：第二弧形杆6的两端分别与第一弧形杆5和动平台7转动连接并构成转动副R12/R13/R22/R23，第一弧形杆5的两端分别与第二弧形杆6和平行四边形运动副Pa转动连接并构成转动副R11/R21。
所述的单转动自由度支链L3包括：依次串联的平行四边形运动副Pa和一个弧形杆，其中：弧形杆的末端与动平台7转动连接并构成转动副R31和R32，运动副Pa的末端与基座1活动连接。
每一条支链中的平行四边形运动副Pa通过直连杆4与弧形杆转动连接并构成转动副R11/R21/R31，该转动副的轴线与直连杆4轴线重合。
所述的基座1上设有三对移动副组合，该移动副组合与支链L1～L3的一端相连从而实现活动连接。
所述的移动副组合由两个垂直相连的移动副组成。
每一条支链上的转动副轴线均相交于一点O，即三条支链L1～L3上的8个转动副R11～R32的轴线汇聚于一点。
三条支链L1～L3在圆周上均匀分布，三条移动副的轴线各夹角均为120度。
本装置通过三个移动副P1和二个转动副R1进行驱动，动平台的二维转动特征仅与转动副R11R21R31驱动有关，而与移动副P1驱动无关；点O的三维移动特征仅与移动副P1驱动有关，而与转动副R11R21R31驱动无关；动平台的转动特征与移动特征具有转动移动完全解耦的优点。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1相比将平行四边形运动副替换为移动副，本实施例所具有的技术效果相比实施例1：其运动副均为单自由度运动副，结构简单，更易于实现其运动。

Claims (10)

1.一种三移动二转动五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征在于，包括：动平台、基座以及三条支链，其中：支链的一端均与基座活动连接，另一端与动平台转动连接，所述的三条支链包括：两个双转动自由度支链和一个单转动自由度支链，使得动平台作三维移动和绕固定点作球面二自由度转动。
2.根据权利要求1所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的双转动自由度支链包括：依次串联的运动副以及两个弧形杆，其中：第一双转动自由度支链的第一弧形杆的一端分别与动平台和第一双转动自由度支链的第二弧形杆的一端转动连接并构成转动副，第二双转动自由度支链的第一弧形杆的一端分别与第二双转动自由度支链的第二弧形杆的一端以及第一双转动自由度支链的第二弧形杆的另一端转动连接并构成转动副，第二双转动自由度支链的第二弧形杆的另一端与动平台转动连接并构成转动副。
3.根据权利要求1所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的单转动自由度支链包括：依次串联的运动副和一个弧形杆，其中：弧形杆的末端与动平台转动连接并构成转动副，运动副的末端与基座活动连接。
4.根据权利要求2或3所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的运动副采用平行四边形运动副。
5.根据权利要求1所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的双转动自由度支链包括：依次串联的移动副以及两个弧形杆，其中：第一双转动自由度支链的第一弧形杆的一端分别与动平台和第一双转动自由度支链的第二弧形杆的一端转动连接并构成转动副，第一双转动自由度支链的第一弧形杆的另一端与移动副转动连接构成转动副，第二双转动自由度支链的第一弧形杆的一端分别与第二双转动自由度支链的第二弧形杆的一端以及第一双转动自由度支链的第二弧形杆的另一端转动连接并构成转动副，第二双转动自由度支链的第二弧形杆的另一端与动平台转动连接并构成转动副，第二双转动自由度支链的第一弧形杆的另一端与移动副转动连接构成转动副。
6.根据权利要求1所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的单转动自由度支链包括：依次串联的移动副和一个弧形杆，其中：弧形杆的末端与动平台转动连接并构成转动副，移动副的末端与基座活动连接。
7.根据权利要求2或3或5或6所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的支链均通过转动副以及移动副或转动副驱动。
8.根据上述任一权利要求所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的基座上设有三对移动副组合，该移动副组合与支链的一端相连从而实现活动连接。
9.根据权利要求8所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的移动副组合由两个垂直相连的移动副组成。
10.根据权利要求2或3所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，每一条支链上的转动副的轴线均相交于一点，即三条支链上的8个转动副的轴线汇聚于一点。
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