CN105215974A - 具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人空间机构技术领域，特别是涉及到了一种具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构。该具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构包括动平台、静平台和连接在动、静平台之间的两条分支运动链，两条分支运动链中的一条为单开链，另一条为混合链，其中混合链由闭环结构串联一个转动副构成，闭环结构是由第一、第二子分支构成，单开链的第一圆柱副轴线平行于混合链的第六转动副轴线，并且二者均与混合链的第四移动副的中心线垂直，主动关节的输入运动与动平台的输出运动之间呈一对一的控制关系，具有优良的运动学解耦性。

Description

具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构
技术领域
本发明涉及机器人空间机构技术领域，特别是涉及到了一种具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构。
背景技术
并联机构为动平台和静平台通过至少两个独立的运动链连接所构成的机构，机构具有两个或者两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。因为其具有刚度高、承载能力大、累积误差小、结构紧凑等特点，在并联机床、工业机器人、医疗机器人等领域具有广阔的应用前景。
少自由度并联机器人与六自由度并联机器人相比，结构更为简单，制造和控制成本相对较低，故在满足与其工作要求的情况下，少自由度并联机器人有其独特优势。目前，中国的学者在少自由度并联机器人机构的设计方面已经取得了相应的成就，例如公开号为CN101025247A、公开日为2007年8月29日的中国专利所公开的运动解耦的空间三自由度并联机构以及公布号为CN101767335A、公布日为2010年7月7日的中国专利申请所公开的二平动一转动部分解耦并联机构均属于少自由度机器人的范畴。但是，现有的大多数并联机器人机构的运动学耦合性都很强，不利于并联机构的实际推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运动解耦性强的具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构。
为了解决上述问题，本发明的具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构采用以下技术方案：具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构，包括动平台、静平台和连接在动、静平台之间的两条分支运动链，两分支运动链中的一个为单开链，另一个为混合链，所述单开链包括从静平台开始依次串联的第一圆柱副、第二圆柱副和第三虎克铰，第三虎克铰与静平台连接，其中第一圆柱副的轴线垂直于第二圆柱副的轴线，第三虎克铰中与第二圆柱副连接的转动轴的轴线与第一圆柱副的轴线平行，在单开链中，第一圆柱副为主动副，其以线性位移输入为主输入；混合链包括闭回路结构和一个转动副，闭回路结构包括第一子分支和第二子分支，第一子分支包括从静平台开始依次串联的第四移动副、第五转动副，其中第四移动副的中心线垂直于第五转动副的轴线，第二子分支包括从静平台开始依次串联的第六转动副、第七虎克铰、第八转动副和第九虎克铰，其中第七虎克铰和第九虎克铰中分别与第八转动副相邻的转动轴线与第八转动副轴线平行，另外两条转动轴线相互平行且垂直于第六转动副的轴线，混合链通过第十转动副与动平台连接，在混合链中，第一子分支的主动副为第四移动副，第二子分支的主动副为第六转动副；单开链的第三虎克铰中与动平台连接的转动轴的轴线平行于混合链中的第十转动副的轴线。
单开链的第一圆柱副通过一个立架设于静平台上。
本发明通过一个混合链和一个单开链将动、静平台连接，单开链的第一圆柱副轴线平行于混合链的第六转动副轴线，并且二者均与混合链的第四移动副的中心线垂直，因此主动关节的输入运动与动平台的输出运动之间呈一对一的控制关系，具有优良的运动学解耦性。
附图说明
图1是具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构的实施例的原理图；
图2是具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构的实施例的结构示意图。
具体实施方式
具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构的实施例，如图1-2所示，该机构包括动平台101、静平台102以及连接动平台101和静平台102的两条分支运动链，动平台和静平台均为长方体结构；所述的两条分支运动链中的一个为单开链103、另一个为混合链104。
单开链103从静平台开始依次串联的是第一圆柱副C1、第二圆柱副C2、第三虎克铰U3，按照上述顺序，相邻两个之间分别通过第一连杆1、第二连杆2连接；第二圆柱副C2轴线垂直于第一圆柱副C1轴线，第三虎克铰U3中与第二圆柱副C2相邻的转动轴线平行于第一圆柱副C1的轴线。另外，在本实施例中，需特别指出的是，单开链的第一圆柱副是通过一个支架105设于静平台上，这样可以在保证第一圆柱副的有效长度的情况下缩短其整体长度，进而保证其可靠性。
混合链104中包含一个闭回路结构和一个转动副，且闭回路结构包括第一子分支1041和第二子分支1042，第一子分支从静平台开始依次串联的是第四移动副P4、第五转动副R5，第四移动副P4与第五转动副R5之间通过第三连杆3连接，第五转动副R5轴线垂直于第四移动副P4中心线。第二子分支从静平台开始依次串联的是第六转动副R6、第七虎克铰U7、第八转动副R8、第九虎克铰U9，按照上述顺序，它们相邻两个之间通过第四连杆4、第五连杆5第六连杆6连接。其中第七虎克铰U7和第九虎克铰U9中分别与第八转动副R8相邻的转动轴线与第八转动副R8轴线平行，另外两条转动轴线相互平行且垂直与第六转动副R6轴线。
单开链和混合链分别通过第三虎克铰U3和第十转动副R10与动平台相连接，第十转动副R10与第九虎克铰之间通过第七连杆7连接，并且第三虎克铰U3中与动平台相连的转动轴线平行于第十转动副R10的轴线。单开链的主动副为第一圆柱副C1，第一子分支的主动副为第四移动副P4，第二子分支的主动副为第六转动副R6，其中第一圆柱副C1以线性位移为主输入。第一圆柱副轴线平行于第六转动副轴线，且两轴线都垂直于第四移动副中心线。因此，本发明的并联机构动平台可实现两维转动一维移动输出运动。

Claims (3)

1.具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构，包括动平台、静平台和连接在动、静平台之间的两条分支运动链，其特征在于，两分支运动链中的一个为单开链，另一个为混合链，所述单开链包括从静平台开始依次串联的第一圆柱副、第二圆柱副和第三虎克铰，第三虎克铰与静平台连接，其中第一圆柱副的轴线垂直于第二圆柱副的轴线，第三虎克铰中与第二圆柱副连接的转动轴的轴线与第一圆柱副的轴线平行，在单开链中，第一圆柱副为主动副，其以线性位移输入为主动输入；混合链包括闭回路结构和一个转动副，闭回路结构包括第一子分支和第二子分支，第一子分支包括从静平台开始依次串联的第四移动副、第五转动副，其中第四移动副的中心线垂直于第五转动副的轴线，第二子分支包括从静平台开始依次串联的第六转动副、第七虎克铰、第八转动副和第九虎克铰，其中第七虎克铰和第九虎克铰中分别与第八转动副相邻的转动轴线与第八转动副轴线平行，另外两条转动轴线相互平行且垂直与第六转动副轴线，混合链通过第十转动副与动平台连接，在混合链中，第一子分支的主动副为第四移动副，第二子分支的主动副为第六转动副；单开链的第三虎克铰中与动平台连接的转动轴的轴线平行于混合链中的第十转动副的轴线。
2.根据权利要求1所述的具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构，其特征在于，单开链的第一圆柱副通过一个立架设于静平台上。
3.根据权利要求1或2所述的具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构，其特征在于，第一圆柱副以线性位移为主输入，其驱动机构为滚珠丝杠机构加导轨组成的驱动装置，第四移动副的驱动机构为电机带动的丝杠螺母机构，第六转动副的驱动机构为电机带动的减速机。
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