CN105397797B - 具有两转一移三自由度的对称解耦并联机构 - Google Patents

Abstract

一种具有两转一移三自由度的对称解耦并联机构，包括：平台、底座以及四个分别连接平台和底座的带有电机和丝杆机构的支撑柱，其中：四个支撑柱的末端与底座固定连接，支撑柱的丝杆机构与平台通过球铰链机构相连；球铰链机构与平台的固定点位置相互呈中心对称。本发明采用四个电机驱动，机构结构简单，能够保证加工精度，四个电机驱动三个自由度平台能够提高平台的稳定性，平台的四个支撑位置为中心对称，电机位置输入和平台位置输出为半解耦状态，并联机构的正逆运动学计算简单。

Description

具有两转一移三自由度的对称解耦并联机构

技术领域

本发明涉及一种并联机器人领域的机构，具体涉及一种具有两转一移三自由度的对称解耦并联机构。

背景技术

目前，两转一移三自由度并联机构是少自由度并联机构中一种很重要的机构。并联机器人与串联机器人相比，具有刚度大，运动速度快，精度高等优点，在机械领域具有广泛的应用。Dunlop在1997年的Mechanism and Machine Theory杂志上发表文章，对这种具有两转一移的三自由度并联构型进行了详细的分析，这种机构能实现两个水平方向的转动以及一个沿竖直方向的移动。该机构可以用于很多场合，例如作为卫星天线的定位装置，实验室的研究平台，振动分析平台。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有两转一移三自由度的对称解耦并联机构，采用四个电机驱动，机构结构简单，能够保证加工精度，四个电机驱动三个自由度平台能够提高平台的稳定性，平台的四个支撑位置为中心对称，电机位置输入和平台位置输出为半解耦状态，并联机构的正逆运动学计算简单。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：平台、底座以及四个分别连接平台和底座的带有电机和丝杆机构的支撑柱，其中：四个支撑柱的末端与底座固定连接，支撑柱的的丝杆机构与平台通过球铰链机构相连。

所述的球铰链机构与平台的固定点位置相互呈中心对称，优选为四个固定点位置连接组成一个正方形的四个顶点。

所述的平台的任意方向姿态由至少两个电机进行调节，其逆运动学满足：P1＝k*(Z+a*α)，P2＝k*(Z-a*α)，P3＝k*(Z+a*β)，P4＝k*(Z-a*β)，其中：P1～P4为四个支撑柱的电机转动位置，k为丝杠的转动位置与平移位置关系，Z为平台的z方向的高度值，α为x方向的转动角度，β为y方向的转动角度，a为四个球铰链机构安装点中心距离球铰链安装点的长度。

所述的球铰链机构优选与活动设置于丝杆机构的丝杠连接滑块上的平行直杆转动连接。

所述的平行直杆活动设置于所述的丝杠连接滑块上，优选通过丝杠连接滑块上的平行滑杆滑块机构实现，水平直杆能够在水平滑块中自由移动。

技术效果

本发明与现有技术相比具有如下优点：机构比较简单，电机数量比自由度多，平台结构更加稳固，采用普通的电机可以获得很高精度的姿态和位置控制，逆运动学解耦，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明单支撑柱的局部细节图；

图中：1平板、2底座机架、S1第一支撑柱、S2第二支撑柱、S3第三支撑柱、S4第四支撑柱、3电机、4丝杠、5丝杠连接滑块、6平行直杆、7平行滑杆滑块机构、8球铰链机构。

具体实施方式

在图1所示的两转一移三自由对称解耦并联机构的示意图中，第一支撑柱结构中丝杠与型材立柱固定连接，一端固定，另外一端通过联轴器与步进电机相连，丝杠滑块与平行直杆滑块固定，滑块中的直杆一端与球铰链相连，球铰链的一端与平板固定连接；第二支撑柱结构中丝杠与型材立柱固定连接，一端固定，另外一端通过联轴器与步进电机相连，丝杠滑块与平行直杆滑块固定，滑块中的直杆一端与球铰链相连，球铰链的一端与平板固定连接；第三支撑柱结构中丝杠与型材立柱固定连接，一端固定，另外一端通过联轴器与步进电机相连，丝杠滑块与平行直杆滑块固定，滑块中的直杆一端与球铰链相连，球铰链的一端与平板固定连接；第四支撑柱结构中丝杠与型材立柱固定连接，一端固定，另外一端通过联轴器与步进电机相连，丝杠滑块与平行直杆滑块固定，滑块中的直杆一端与球铰链相连，球铰链的一端与平板固定连接。

所述的，四个丝杠安装要求相互之间平行，但是不要绝对的平行度。

所述的，四个球铰链的固定平板的位置精度要求较高，要求四个点能够组成一个正方形，

在本装置中，四个电机的位置根据平板期望的位置Z和姿态(α，β)通过公式算出计算出四个电机的转动位置。

所述的公式为：P1＝k*(Z+a*α)，P2＝k*(Z-a*α)，P3＝k*(Z+a*β)，P4＝k*(Z-a*β)，其中：K为球铰链的固定点组成正方形的中心点与角点的线段长度。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (1)

1.一种具有两转一移三自由度的对称解耦并联机构，其特征在于，包括：平台、底座以及四个分别连接平台和底座的带有电机和丝杆机构的支撑柱，其中：四个支撑柱的末端与底座固定连接，支撑柱的的丝杆机构与平台通过球铰链机构相连；球铰链机构与平台的固定点位置相互呈中心对称，且球铰链机构与平台的固定点位置为四个固定点位置连接组成一个正方形的四个顶点；球铰链机构与活动设置于丝杆机构的丝杠连接滑块上的平行直杆转动连接，该平行直杆通过丝杠连接滑块上的平行滑杆滑块机构实现与丝杠连接滑块活动连接，水平直杆能够在水平滑块中自由移动；

所述的平台的任意方向姿态由至少两个电机进行调节，其逆运动学满足：P1＝k*(Z+a*α)，P2＝k*(Z-a*α)，P3＝k*(Z+a*β)，P4＝k*(Z-a*β)，其中：P1～P4为四个支撑柱的电机转动位置，k为丝杠的转动位置与平移位置关系，Z为平台的z方向的高度值，α为x方向的转动角度，β为y方向的转动角度，a为四个球铰链机构安装点中心距离球铰链安装点的长度。