CN104985589A - 具有弧形移动副的五自由度转动移动完全解耦并联机构 - Google Patents

具有弧形移动副的五自由度转动移动完全解耦并联机构 Download PDF

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Abstract

一种具有弧形移动副的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，所述的三条支链均为双转动自由度支链，且至少两条支链与基座二维活动连接，使得动平台作二维移动或绕固定点O作球面三自由度转动；所述的动平台的三维转动特征仅与弧形移动副驱动有关，点O的二维移动特征仅与移动副P1驱动有关，动平台的转动特征与移动特征具有完全解耦的优点。

Description

具有弧形移动副的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，具体是一种具有弧形移动副的二移动三转动(2T3R)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，提出一种具有弧形移动副的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，使得动平台作二维移动或绕固定点O作球面三自由度转动。
所述的三条支链均为双转动自由度支链，且至少两条支链与基座二维活动连接。
所述的活动连接是指：
a)两条支链与基座二维活动连接，一条支链与基座一维活动连接，或者是
b)三条支链均与基座二维活动连接。
所述的双转动自由度支链包括：依次串联的直线移动副以及弧形移动副，其中：弧形移动副的两端分别与动平台以及直线移动副的一端转动连接构成转动副，直线移动副的另一端与基座活动连接。
所述的直线移动副也可以替换为直连杆实现，所述的支链均通过弧形移动副或直线移动副驱动。
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为直连杆、4为下弧形杆、5为上弧形杆、6为动平台、L1～L3为支链、PR为弧形移动副、P1～P3为直线移动副、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6、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6转动连接，使得动平台6作二维移动或绕固定点O作球面三自由度转动。
本实施例中三条支链均与基座二维活动连接，该三条支链L1～L3均包括：依次串联的弧形移动副PR以及直连杆3，其中：弧形移动副PR的两端分别与动平台6以及直连杆3的一端转动连接构成转动副R11/R21/R31，直连杆3的另一端与基座1活动连接构成转动副R12/R22/R32。
所述的弧形移动副PR与直连杆3转动连接构成的转动副R11/R21/R31的轴线与直连杆3轴线重合，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6个转动副的轴线汇聚于一点。
所述的弧形移动副PR包括相互滑动连接的下弧形杆4和上弧形杆5。
所述的支链L1～L3均通过弧形移动副或直线移动副驱动。
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。
本装置中，所述的动平台的三维转动特征仅与弧形移动副PR驱动有关，而与移动副P1驱动无关；点O的二维移动特征仅与移动副P1驱动有关，而与弧形移动副PR驱动无关；动平台的转动特征与移动特征具有完全解耦的优点。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1相比，三条支链中的两条与基座二维活动连接，一条支链与基座一维活动连接。
所述的一维活动连接，通过设置于基座1上的一个移动副实现，该移动副与所述支链相连。
本实施例所具有的技术效果相比实施例1：实施例1可作水平方向的二个移动和绕O点的三个转动；而实施例2可实现竖直方向的二个移动和绕O点三个转动。

Claims (10)

1.一种具有弧形移动副的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，所述的三条支链均包括依次串联的直线移动副或直连杆以及弧形移动副，且至少两条支链与基座二维活动连接，使得动平台作二维移动或绕固定点O作球面三自由度转动。
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，所述的活动连接是指：
a)两条支链与基座二维活动连接，一条支链与基座一维活动连接，或者是
b)三条支链均与基座二维活动连接。
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，所述的弧形移动副的两端分别与动平台以及直线移动副的一端转动连接构成转动副，直线移动副的另一端与基座活动连接。
4.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，所述的弧形移动副的两端分别与动平台以及直连杆的一端转动连接构成转动副，直连杆的另一端与基座活动连接。
5.根据权利要求3或4所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的支链均通过弧形移动副或直线移动副驱动。
6.根据权利要求3或4所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的弧形移动副包括相互滑动连接的下弧形杆和上弧形杆。
7.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，所述的基座上设有至少三对移动副组合，该移动副组合与支链的一端相连从而实现二维活动连接。
8.根据权利要求7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。
9.根据权利要求3所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的弧形移动副与直连杆转动连接构成的转动副的轴线与直连杆轴线重合。
10.根据权利要求3或4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轴线均相交于一点O，即三条支链上的6个转动副的轴线汇聚于一点。
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