CN104950797B - 一种3-prrs六自由度并联定位平台 - Google Patents

一种3-prrs六自由度并联定位平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种3‑PRRS六自由度并联定位平台，包括静平台，动平台以及通过螺栓固定在静平台上的定位装置一、定位装置二、定位装置三；其中，定位装置一、定位装置二、定位装置三三者结构组件完全相同，即定位装置一（2）包括直线驱动装置一（2‑1）、旋转电机一（3‑1）、主动杆一（4‑1）和从动杆一（5‑1）；本发明能够在一定运动范围内，通过独立驱动三个直线驱动装置和三个旋转电机，实现并联平台的解耦控制，降低控制难度，提高控制精度，同时也能降低制造和装配的难度和成本；还具有系统刚度、承载能力等机械特性的各向同性好、能耗低、占地空间相对较小等特点。

Description

一种3-PRRS六自由度并联定位平台
技术领域
本发明涉及一种并联定位平台，具体是一种3-PRRS六自由度并联定位平台。
背景技术
并联定位平台是指具有两个或者多个自由度，通过两个或两个以上的分支运动连接定平台与动平台，并以并联方式驱动的一类闭环结构。并联定位平台是一种典型的并联机构，与传统的串联机构相比，并联机构具有结构紧凑作业面小、刚度大、动态特性好、承载能力高等优点，另外并联定位平台的末端误差不是所有运动关节的累积误差，因此定位精度也得到了很大的提高。目前，并联定位平台在精密机床、制造业、运动模拟等相关领域得到了广泛应用。
现有的六自由度并联平台，大多由经典的Stewart机构演变而来（参见文献《一种六自由度并联平台》（D.Stewart. Aplatformwith six Degreesoffreedom. Proc.Of theInstitution of Mechanical Engineers. London，UK，1965，180（15）：371-386）），虽然其具有结构稳定、承载能力大等优点，但仍存在很多不足：
（1）由于驱动部件布置方式的限制，使得6个驱动必须协调作用动平台才能运动，驱动部件耦合度高，增加了解耦计算的难度，不利于机构的有效控制，同时也对零部件的精度要求高，大大增加制造和装配难度和成本；
（2）由于平台各运动支链均位于动平台的下方，导致平台在不同方向的同性度比较差。
另外现有的部分六自由度并联平台，如专利申请号为201310271712. 2，名称为六自由度3-3正交型并联机器人；由于其结构复杂、驱动部件布置方式的限制，使平台所占空间相对较大。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种3-PRRS六自由度并联定位平台，在使用平台空间相对较小的情况下能够实现并联平台的解耦控制、降低控制难度、提高控制精度，进一步降低制造和装配的难度和成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种3-PRRS六自由度并联定位平台，
它包括静平台，动平台以及通过螺栓固定在静平台上的定位装置一、定位装置二、定位装置三；
所述定位装置一包括直线驱动装置一、旋转电机一、主动杆一和从动杆一；所述的旋转电机一通过螺栓固定在直线驱动装置一的电机支架一上，所述主动杆一的一端与旋转电机一的转轴固接，形成主动转动副一，另一端与从动杆一的一端通过销铰接，形成从动转动副一，从动杆一的另一端通过第一球铰与动平台相连；
所述定位装置二包括直线驱动装置二、旋转电机二、主动杆二和从动杆二；所述的旋转电机二通过螺栓固定在直线驱动装置二的电机支架二上，所述主动杆二的一端与旋转电机二的转轴固接，形成主动转动副二，另一端与从动杆二的一端通过销铰接，形成从动转动副二，从动杆二的另一端通过第二球铰与动平台相连；
所述定位装置三包括直线驱动装置三、旋转电机三、主动杆三和从动杆三；所述的旋转电机三通过螺栓固定在直线驱动装置三的电机支架三上，主动杆三的一端与旋转电机三的转轴固接，形成主动转动副三，另一端与从动杆三的一端通过销铰接，形成从动转动副三，从动杆三的另一端通过第三球铰与动平台相连。
所述的主动转动副一、主动转动副二、主动转动副三、从动转动副一、从动转动副二、从动转动副三，轴线方向均相同并且垂直于静平台。
所述的直线驱动装置一包括移动电机一、滑块、电机支架一、滚珠丝杠和导轨；直线驱动装置一的底座与导轨为一个整体；电机支架一通过螺栓固定在滑块上，移动电机一通过滚珠丝杠驱动滑块在导轨上运动，从而带动滑块上的旋转电机一作直线运动。
所述的直线驱动装置一、直线驱动装置二、直线驱动装置三组成部件完全相同并且在静平台上呈中心对称布置。
所述的直线驱动装置一、直线驱动装置二、直线驱动装置三的高度调节驱动方式包括电机驱动、气动驱动和液压驱动。
与现有的并联平台相比：
本发明在一定运动范围内，可以先驱动三个直线驱动装置使旋转电机到达指定位置，再利用旋转电机驱动动平台到达指定位置，或者反过来先驱动旋转电机再驱动直线驱动装置，具有一定的解耦作用；
直线驱动装置运动轴线与连杆机构运动平面正交，使并联平台刚度、承载能力等机械特性的各向同性好；旋转电机只需要驱动主动杆运动，而直线驱动装置不需要旋转，降低了系统不必要的能耗，增加了系统的动态响应特性；
另外由于直线驱动装置运动方向为竖直方向，并且旋转电机的位置由直线驱动装置确定，因此平台占地空间相对较小。
附图说明
图1是本发明结构整体示意图；
图2是本发明实施例中直线驱动装置结构主视图；
图3是图2的A-A向图；
图4是直线驱动装置的整体示意图；
图5是本发明定位主视图；
图6是本发明定位俯视图。
图中：1、静平台，2、定位装置一，3、定位装置二，4、定位装置三，2-1、直线驱动装置一，2-1-1、移动电机一，2-1-2、滑块，2-1-3、电机支架一，2-1-4、滚珠丝杠，2-1-5、导轨，2-2、直线驱动装置二，2-3、直线驱动装置三，3-1、旋转电机一，3-2、旋转电机二，3-3、旋转电机三，4-1、主动杆一，4-2、主动杆二，4-3、主动杆三，5-1、从动杆一，5-2、从动杆二，5-3、从动杆三，6-1、第一球铰，6-2、第二球铰，6-3、第三球铰，7、动平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种3-PRRS六自由度并联定位平台，
它包括静平台1，动平台7以及通过螺栓固定在静平台1上的定位装置一2、定位装置二3、定位装置三4；
所述定位装置一2包括直线驱动装置一2-1、旋转电机一3-1、主动杆一4-1和从动杆一5-1；所述的旋转电机一3-1通过螺栓固定在直线驱动装置一2-1的电机支架一2-1-3上，所述主动杆一4-1的一端与旋转电机一3-1的转轴固接，形成主动转动副一，另一端与从动杆一5-1的一端通过销铰接，形成从动转动副一，从动杆一5-1的另一端通过第一球铰6-1与动平台7相连；
所述定位装置二3包括直线驱动装置二2-2、旋转电机二3-2、主动杆二4-2和从动杆二5-2；所述的旋转电机二3-2通过螺栓固定在直线驱动装置二2-2的电机支架二2-2-3上，所述主动杆二4-2的一端与旋转电机二3-2的转轴固接，形成主动转动副二，另一端与从动杆二5-2的一端通过销铰接，形成从动转动副二，从动杆二5-2的另一端通过第二球铰6-2与动平台7相连；
所述定位装置三4包括直线驱动装置三2-3、旋转电机三3-3、主动杆三4-3和从动杆三5-3；所述的旋转电机三3-3通过螺栓固定在直线驱动装置三2-3的电机支架三2-3-3上，主动杆三4-3的一端与旋转电机三3-3的转轴固接，形成主动转动副三，另一端与从动杆三5-3的一端通过销铰接，形成从动转动副三，从动杆三5-3的另一端通过第三球铰6-3与动平台7相连。
其中的主动转动副一、主动转动副二、主动转动副三、从动转动副一、从动转动副二、从动转动副三，轴线方向均相同并且垂直于静平台1。
其中，直线驱动装置一2-1、直线驱动装置二2-2、直线驱动装置三2-3组成部件完全相同并且在静平台1上呈中心对称布置。
如图2至图4所示，所述的直线驱动装置一2-1包括移动电机一2-1-1、滑块2-1-2、电机支架一2-1-3、滚珠丝杠2-1-4和导轨2-1-5；直线驱动装置一2-1的底座与导轨2-1-5为一个整体，这样有利于防尘，保证滚珠丝杆2-1-4运行的高精度；电机支架一2-1-3通过螺栓固定在滑块2-1-2上，移动电机一2-1-1通过滚珠丝杠2-1-4驱动滑块2-1-2在导轨2-1-5上运动，从而带动滑块2-1-2上的旋转电机一3-1作直线运动。
所述的直线驱动装置一2-1、直线驱动装置二2-2、直线驱动装置三2-3的驱动方式包括电机驱动、气动驱动和液压驱动其他公知的驱动方式。
本发明在一定运动范围内能够实现解耦控制：
如图5和图6所示，动平台7由位置A运动到位置B，只需先驱动直线驱动装置一2-1、直线驱动装置二2-2、直线驱动装置三2-3使动平台7到达B位置的高度，此时本发明所设计的3-PRRS六自由度并联定位平台就等效为一个典型的3-RRR并联平台，通过驱动旋转电机一3-1、旋转电机二3-2、旋转电机三3-3就能使动平台7到达B位置。
综上所述：本发明在一定运动范围内，可以先驱动三个直线驱动装置使旋转电机到达指定位置，再利用旋转电机驱动动平台7到达指定位置，或者反过来先驱动旋转电机再驱动直线驱动装置，具有一定的解耦作用；
直线驱动装置运动轴线与连杆机构运动平面正交，使并联平台刚度、承载能力等机械特性的各向同性好；旋转电机只需要驱动主动杆运动，而直线驱动装置不需要旋转，降低了系统不必要的能耗，增加了系统的动态响应特性；
另外由于直线驱动装置运动方向为竖直方向，并且旋转电机的位置由直线驱动装置确定，因此平台占地空间相对较小。

Claims (3)

1.一种3-PRRS六自由度并联定位平台，其特征在于，它包括静平台(1)，动平台(7)以及通过螺栓固定在静平台(1)上的定位装置一(2)、定位装置二(3)、定位装置三(4)；
所述定位装置一(2)包括直线驱动装置一(2-1)、旋转电机一(3-1)、主动杆一(4-1)和从动杆一(5-1)；所述的旋转电机一(3-1)通过螺栓固定在直线驱动装置一(2-1)的电机支架一(2-1-3)上，所述主动杆一(4-1)的一端与旋转电机一(3-1)的转轴固接，形成主动转动副一，另一端与从动杆一(5-1)的一端通过销铰接，形成从动转动副一，从动杆一(5-1)的另一端通过第一球铰(6-1)与动平台(7)相连；
所述定位装置二(3)包括直线驱动装置二(2-2)、旋转电机二(3-2)、主动杆二(4-2)和从动杆二(5-2)；所述的旋转电机二(3-2)通过螺栓固定在直线驱动装置二(2-2)的电机支架二(2-2-3)上，所述主动杆二(4-2)的一端与旋转电机二(3-2)的转轴固接，形成主动转动副二，另一端与从动杆二(5-2)的一端通过销铰接，形成从动转动副二，从动杆二(5-2)的另一端通过第二球铰(6-2)与动平台(7)相连；
所述定位装置三(4)包括直线驱动装置三(2-3)、旋转电机三(3-3)、主动杆三(4-3)和从动杆三(5-3)；所述的旋转电机三(3-3)通过螺栓固定在直线驱动装置三(2-3)的电机支架三(2-3-3)上，主动杆三(4-3)的一端与旋转电机三(3-3)的转轴固接，形成主动转动副三，另一端与从动杆三(5-3)的一端通过销铰接，形成从动转动副三，从动杆三(5-3)的另一端通过第三球铰(6-3)与动平台(7)相连；
所述的主动转动副一、主动转动副二、主动转动副三、从动转动副一、从动转动副二、从动转动副三，轴线方向均相同并且垂直于静平台(1)；
所述的直线驱动装置一(2-1)包括移动电机一(2-1-1)、滑块(2-1-2)、电机支架一(2-1-3)、滚珠丝杠(2-1-4)和导轨(2-1-5)；直线驱动装置一(2-1)的底座与导轨(2-1-5)为一个整体；电机支架一(2-1-3)通过螺栓固定在滑块(2-1-2)上，移动电机一(2-1-1)通过滚珠丝杠(2-1-4)驱动滑块(2-1-2)在导轨(2-1-5)上运动，从而带动滑块(2-1-2)上的旋转电机一(3-1)作直线运动。
2.根据权利要求1所述的一种3-PRRS六自由度并联定位平台，其特征是：所述的直线驱动装置一(2-1)、直线驱动装置二(2-2)、直线驱动装置三(2-3)组成部件完全相同并且在静平台(1)上呈中心对称布置。
3.根据权利要求1所述的一种3-PRRS六自由度并联定位平台，其特征是：所述的直线驱动装置一(2-1)、直线驱动装置二(2-2)、直线驱动装置三(2-3)的驱动方式包括电机驱动、气动调节和液压驱动。
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