CN104985610B - 一移动三转动四自由度转动移动完全解耦并联机构 - Google Patents

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Abstract

一种一移动三转动四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，另一端与动平台活动连接，所述的三条支链均为双转动自由度支链，其中：至少一条支链与基座一维活动连接，使得动平台作一维移动和绕固定点O作球面三自由度转动；所述的动平台的转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

一移动三转动四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，具体是一种一移动三转动(1T3R)四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。
现有大多数四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；目前大多数四自由度并联机构均具有4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。现有大多数四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四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，提出一种一移动三转动四自由度转动移动完全解耦并联机构，其动平台的转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，另一端与动平台活动连接，使得动平台作一维移动和绕固定点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，其中：至少一条支链与基座一维活动连接，具体为：
a)一条支链与基座一维活动连接，另外两条支链与基座二维活动连接，或者
b)三条支链均与基座一维活动连接。
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：第一弧形杆的两端分别与运动副与第二弧形杆转动连接并构成两个转动副，第二弧形杆的另一端与动平台转动连接构成转动副，运动副的另一端与基座活动连接。
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，所述的支链均通过转动副或移动副驱动。
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3为实施例3结构图；
图中：1为基座、2、3为杆件、4、5为转动副杆件、6为动平台、L1～L3为支链、Pa为平行四边形运动副、P1～P3为移动副、R11～R33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作三维移动和绕固定点作球面二自由度转动。
所述的支链L1～L3均包括：依次串联的平行四边形运动副Pa以及两个弧形杆4、5，其中：第一弧形杆4的两端分别与平行四边形运动副Pa和第二弧形杆5的一端转动连接并构成转动副R11/R21/R31以及R12/R22/R32，第二弧形杆5的另一端与动平台6转动连接构成转动副R13/R23/R33，平行四边形运动副Pa的一端与基座1活动连接。
所述的平行四边形运动副Pa通过直连杆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的轴线重合，所述的支链上的转动副R11～R33的轴线均相交于一点O，即这些二条支链上的9个转动副的轴线汇聚于一点，且此点位于三条支链的第一弧形杆4与平行四边形运动副Pa转动连接形成的转动副R11/R21/R31的轴线上。
所述的支链L1～L3均通过转动副或移动副驱动。
本实施例中支链L1～L3分别通过设置于基座1上的对应移动副实现一维活动连接，三条移动副在圆周上均匀分布，三条移动副的轴线各夹角均为120度。
本装置中，所述的动平台的三维转动特征仅与转动副驱动有关；而与移动副P1驱动无关。点O的一维移动特征仅与移动副P1驱动有关，而与转动副驱动无关；动平台的转动特征具有完全解耦的优点。
实施例2
如图2所示，本实施例中采用与实施例相同的三个支链，其中两个支链与基座1二维活动连接，一个支链与基座1一维活动连接。
所述的二维活动连接，通过两组，每组两条设置于基座1上且垂直相连的移动副实现，每条支链分别与对应的移动副组合相连。
本实施例所具有的技术效果相比实施例1：实施例1可作竖直方向的一个移动和绕O点的三个转动；而实施例2可实现水平方向的一个移动和绕O点三个转动。
实施例3
如图3所示，本实施例与实施例2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2：其运动副均为单自由度运动副，其结构简单，易实现所要求的运动。

Claims (4)

1.一种一移动三转动四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，另一端与动平台活动连接，所述的三条支链均为双转动自由度支链，其中：至少一条支链与基座一维活动连接，使得动平台作一维移动和绕固定点O作球面三自由度转动；
所述的三条支链中：
a)一条支链与基座一维活动连接，另外两条支链与基座二维活动连接，或者
b)三条支链均与基座一维活动连接；
所述的一维活动连接通过三条支链分别与设置于基座上的对应移动副实现一维活动连接实现，该三条移动副在圆周上均匀分布；
所述的二维活动连接通过两条设置于基座上且垂直相连的移动副实现，每条支链分别与对应的移动副组合相连。
2.根据权利要求1所述的四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：第一弧形杆的两端分别与运动副与第二弧形杆转动连接并构成两个转动副，第二弧形杆的另一端与动平台转动连接构成转动副，运动副的另一端与基座活动连接。
3.根据权利要求2所述的四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。
4.根据权利要求1所述的四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：第一弧形杆的两端分别与移动副与第二弧形杆转动连接并构成两个转动副，第二弧形杆的另一端与动平台转动连接构成转动副，移动副的另一端与基座活动连接。
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