CN105598953A - 一种两转一移三自由度并联机构 - Google Patents

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杨龙
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base

Abstract

一种两转一移三自由度并联机构，主要由动平台、机架以及连接上述二者的支链A、支链B和支链C组成。支链A从动平台到机架由第一转动副A、第二转动副A、移动副A、第三转动副A及第四转动副A组成，上述运动副间通过连杆连接；其中，第二转动副A的轴线与第三转动副A的轴线平行，移动副A的运动方向与第二转动副A轴线均垂直。移动副A可以由转动副AR替代。支链B和支链C的结构组成与支链A相似。本发明能够实现空间两转动一移动，动平台姿态空间大，可以达到±90°，承载能力强。机构中均为低副，结构简单，便于组装，易于驱动与控制。

Description

一种两转一移三自由度并联机构
技术领域本发明属于机器人和空间并联机构技术领域，特别涉及三自由度并联机构。
背景技术并联机构是由动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，使机构具有两个或两个以上的自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。与传统的串联机构相比，并联机构的零部件数目较串联构造平台大幅减少，且具有刚度大、运动速度快、精度高等优点，在机械工业领域具有广泛的应用。
并联机构从最初的具有六个自由度的Stewart机构，发展出各种少自由度的并联机构。具有两个转动和一个移动的三自由度并联机构以其结构简单，制造和控制成本相对较低等优势，得到学术界和工业界的广泛关注。国家知识产权局授权的发明专利CN103056870A，该机构包括定平台、动平台以及连接这两个平台的三个运动分支，其第一运动分支与第二运动分支结构完全相同，分别由依次连接的两转动副和球面副组成，第三分支由球面副和依次连接的两转动副组成。发明专利CN101791804B的结构较为简单。它们的不足之处：球面副加工困难，价格昂贵，球面副的转角也较小，但动平台的偏转角度难以达到±90°，驱动与控制困难。
发明内容本发明的目的是提供一种结构简单、动平台位姿空间大、承载能力强、易于驱动与控制的两转一移三自由度并联机构。
本发明主要由动平台、机架以及连接上述二者的支链A、支链B和支链C组成。
支链A从动平台到机架包括第一转动副A、第二转动副A、移动副A、第三转动副A及第四转动副A，上述运动副间通过连杆连接；其中，第二转动副A的轴线与第三转动副A的轴线平行，移动副A的移动方向与第二转动副A的轴线垂直。
支链B从动平台到机架包括第一转动副B、第二转动副B、移动副B、第三转动副B及第四转动副B，上述运动副间通过连杆连接；其中，第二转动副B的轴线与第三转动副B的轴线平行，移动副B的移动方向与第二转动副B的轴线垂直。
支链C从动平台到机架包括第一转动副C、第二转动副C、移动副C、第三转动副C及第四转动副C，上述运动副间通过连杆连接；其中，第二转动副C的轴线与第三转动副C的轴线平行，移动副C的移动方向与第二转动副C的轴线垂直。
上述中的第一转动副A的轴线、第二转动副A的轴线、第一转动副B的轴线、第二转动副B的轴线、第一转动副C的轴线和第二转动副C的轴线相交于一点A，上述中的第四转动副A的轴线、第三转动副A的轴线、第四转动副B的轴线、第三转动副B的轴线、第四转动副C的轴线和第三转动副C的轴线相交于一点B，A点和B点不重合。
进一步地，移动副A、移动副B和移动副C中的任意1个、2个或3个被对应的替换为转动副AR、转动副BR和转动副CR，动平台均可实现两个转动自由度和一个移动自由度。上述中，转动副AR的移动方向与第二转动副A的轴线、第三转动副A的轴线皆异面垂直，转动副BR的移动方向与第二转动副B的轴线、第三转动副B的轴线皆异面垂直，转动副CR的移动方向与第二转动副C的轴线、第三转动副C的轴线皆异面垂直。
在使用本发明时，注意保证支链A、支链B及支链C中的运动副的几何关系。
本发明与现有技术相比具有如下优点：该并联机构能够实现空间两转动一移动，动平台姿态空间大，可以达到±90°，承载能力强。该机构中均为低副，结构简单，便于加工和组装，易于驱动与控制。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图；
图2为本发明实施例2结构示意图；
图3为本发明实施例3结构示意图；
图4为本发明实施例4平台偏转90°(或-90°)结构示意图；
图5为本发明局部结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1、图5所示，一种两转一移三自由度并联机构，由动平台1、机架2以及连接上述二者的支链A、支链B和支链C组成。
支链A从动平台1到机架2包括第一转动副A1、第二转动副A2、移动副A5、第三转动副A3及第四转动副A4，这些运动副间通过连杆连接，其中第二转动副A2的轴线与第三转动副A3的轴线平行，移动副A5的移动方向与第二转动副A2的轴线方向垂直。支链B与支链C的结构组成皆同支链A。
第一转动副A1的轴线、第二转动副A2的轴线、第一转动副B1的轴线、第二转动副B2的轴线、第一转动副C1的轴线和第二转动副C2的轴线相交于一点A，第四转动副A4的轴线、第三转动副A3的轴线、第四转动副B4的轴线、第三转动副B3的轴线、第四转动副C4的轴线和第三转动副C3的轴线相交于一点B，A点和B点不重合。
实施例2
如图2、图5所示，一种两转一移三自由度并联机构，由动平台1、机架2以及连接上述二者的支链A、支链B和支链C组成。
支链A从动平台1到机架2包括第一转动副A1、第二转动副A2、转动副AR5、第三转动副A3及第四转动副A4，这些运动副间通过连杆连接，其中第二转动副A2的轴线与第三转动副A3的轴线平行，转动副A5的轴线与第二转动副A2的轴线异面垂直。
支链B从动平台1到机架2包括第一转动副B1、第二转动副B2、移动副B5、第三转动副B3及第四转动副B4，这些运动副间通过连杆连接，其中第二转动副B2的轴线与第三转动副B3的轴线相交，移动副B5的移动方向与第二转动副B2的轴线方向垂直。支链C的结构组成同支链B。
第一转动副A1的轴线、第二转动副A2的轴线、第一转动副B1的轴线、第二转动副B2的轴线、第一转动副C1的轴线和第二转动副C2的轴线相交于一点A，第四转动副A4的轴线、第三转动副A3的轴线、第四转动副B4的轴线、第三转动副B3的轴线、第四转动副C4的轴线和第三转动副C3的轴线相交于一点B，A点和B点不重合。
实施例3
如图3、图5所示，一种两转一移三自由度并联机构，由动平台1、机架2以及连接上述二者的支链A、支链B和支链C组成。
支链A从动平台1到机架2包括第一转动副A1、第二转动副A2、转动副AR5、第三转动副A3及第四转动副A4，这些运动副间通过连杆连接，其中第二转动副A2的轴线与第三转动副A3的轴线平行，转动副A5的移动方向与第二转动副A2的轴线异面垂直。支链C的结构组成同支链A。
支链B从动平台1到机架2包括第一转动副B1、第二转动副B2、移动副B5、第三转动副B3及第四转动副B4，这些运动副间通过连杆连接，其中第二转动副B2的轴线与第三转动副B3的轴线平行，移动副B5的运动方向与第二转动副B2的轴线垂直。
第一转动副A1的轴线、第二转动副A2的轴线、第一转动副B1的轴线、第二转动副B2的轴线、第一转动副C1的轴线和第二转动副C2的轴线相交于一点A，第四转动副A4的轴线、第三转动副A3的轴线、第四转动副B4的轴线、第三转动副B3的轴线、第四转动副C4的轴线和第三转动副C3的轴线相交于一点B，A点和B点不重合。
实施例4
如图4、图5所示，一种两转一移三自由度并联机构，由动平台1、机架2以及连接上述二者的支链A、支链B和支链C组成。
支链A从动平台1到机架2包括第一转动副A1、第二转动副A2、转动副AR5、第三转动副A3及第四转动副A4，这些运动副间通过连杆连接，其中第二转动副A2的轴线与第三转动副A3的轴线平行，转动副AR5的轴线与第二转动副A2的轴线异面垂直。支链B和支链C的结构组成皆同支链A。
第一转动副A1的轴线、第二转动副A2的轴线、第一转动副B1的轴线、第二转动副B2的轴线、第一转动副C1的轴线和第二转动副C2的轴线相交于一点A，第四转动副A4的轴线、第三转动副A3的轴线、第四转动副B4的轴线、第三转动副B3的轴线、第四转动副C4的轴线和第三转动副C3的轴线相交于一点B，A点和B点不重合。

Claims (4)

1.一种两转一移三自由度并联机构，主要包括动平台、机架及连接上述二者的支链A、支链B和支链C，其特征在于：支链A从动平台到机架包括第一转动副A、第二转动副A、移动副A、第三转动副A及第四转动副A，上述运动副间通过连杆连接，其中第二转动副A的轴线与第三转动副A的轴线平行，移动副A的移动方向与第二转动副A的轴线垂直；
支链B从动平台到机架包括第一转动副B、第二转动副B、移动副B、第三转动副B及第四转动副B，上述运动副间通过连杆连接；其中，第二转动副B的轴线与第三转动副B的轴线平行，移动副B的移动方向与第二转动副B的轴线垂直；
支链C从动平台到机架包括第一转动副C、第二转动副C、移动副C、第三转动副C及第四转动副C，上述运动副间通过连杆连接；其中，第二转动副C的轴线与第三转动副C的轴线平行，移动副C的移动方向与第二转动副C的轴线垂直。
2.根据权利要求1所述的一种两转一移三自由度并联机构，其特征在于：第一转动副A的轴线、第二转动副A的轴线、第一转动副B的轴线、第二转动副B的轴线、第一转动副C的轴线和第二转动副C的轴线相交于一点A，第四转动副A的轴线、第三转动副A的轴线、第四转动副B的轴线、第三转动副B的轴线、第四转动副C的轴线和第三转动副C的轴线相交于一点B，A点和B点不重合。
3.根据权利要求1所述的一种两转一移三自由度并联机构，其特征在于：移动副A、移动副B和移动副C中的任意1个、2个或3个，被对应的替换为转动副AR、转动副BR和转动副CR，动平台的运动形式不变。
4.根据权利要求3所述的一种两转一移三自由度并联机构，其特征在于：转动副AR的轴线与第二转动副A的轴线、第三转动副A的轴线皆异面垂直，转动副BR的轴线与第二转动副B的轴线、第三转动副B的轴线皆异面垂直，转动副CR的轴线与第二转动副C的轴线、第三转动副C的轴线皆异面垂直。
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