CN105751202A - 一种含有五杆运动支链的可重构并联机构 - Google Patents

一种含有五杆运动支链的可重构并联机构 Download PDF

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Abstract

一种含有五杆运动支链的可重构并联机构,涉及机器人技术领域。解决了传统并联机构不能适应多任务工作环境的问题。该机构包括:动平台(44)、定平台(45)和第一、二、三支链(47、48、49)。第一支链(47)包括一个五杆可重构机构(46)和第一上部连接杆(41)、第二上部连接杆(42)、第三上部连接杆(43)。通过第一驱动电机(5),第二驱动电机(6)和第三驱动电机(7)的驱动与锁定,五杆可重构机构(46)可以进入五个不同的工作模式。三条支链结构相同。每条支链通过底座(1)定位并安装在定平台(45)上;通过第三上部连接杆(43)上的U形端和动平台(44)上的三个圆柱套(50、51、52)相连。通过控制并联机构中三个五杆可重构机构进入不同的工作模式,机构的动平台(44)可以实现十种不同自由度的空间运动。

Description

一种含有五杆运动支链的可重构并联机构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,特别涉及一种含有五杆运动支链的可重构并联机构。
背景技术
传统的机构学研究的一般是具有固定自由度特性的机构。随着科技的发展,在工业生产和应用领域,需要应用一些具有多个工作阶段、多功能和灵巧操作能力的集成化设备。在这种背景下,可重构机构引起了学者们的广泛关注,包括变胞机构,运动分岔机构和运动限定机构。
变自由度并联机构在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用,如三平移自由度的取放机构,两移动一转动、两转动一移动和三转动自由度的运动模拟器等等。典型的并联机构包括Delta机构,球面机构,飞行模拟器等等,都只有固定的自由度特性,无法适应多任务工作环境。
发明内容
本发明要解决的问题是提出一种含有五杆运动支链的可重构并联机构,它可以实现10种不同自由度运动,能适应多任务工作环境。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:
一种含有五杆运动支链的可重构并联机构,该并联机构包括:
动平台、定平台和第一、二、三支链。
动平台运动副分布为正三角形,其三个顶点上分别焊接第一、第二、第三圆柱套筒,三个圆柱套筒的轴线相交于一点O1,O1点位于动平台轴线上。
第一支链包括五杆可重构机构、倾斜连接杆、三个上部连接杆。
五杆可重构机构包括:底座、第一电机座、第二电机座、第三电机座、第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器、第一主轴、第二主轴、第三主轴、第一套筒、第二套筒、第三套筒、第一键、第二键、第三键、连杆一、连杆二、连杆三、连杆四、连杆五、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第四转轴、第五转轴、第六转轴、第七转轴、第八转轴、第一螺母、第二螺母、第三螺母、第四螺母、第五螺母、第六螺母、第七螺母、第八螺母。
构成五杆可重构机构的零部件之间的连接为:
连杆一固定在底座上,第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机分别安装在第一电机座、第二电机座上和第三电机座上。
第一套筒通过第一主轴和第一键与底座的连杆二连接连杆一的一端相连;第二套筒通过第二主轴和第二键与连杆二的另一端相连;第三套筒通过第三主轴和第三键与连杆三连接连杆四的一端相连;第一主轴的细端通过第一联轴器与第一驱动电机相连,第二主轴的细端通过第二联轴器与第二驱动电机相连,第三主轴的细端通过第二联轴器与第三驱动电机相连。
连杆一通过第一转轴和第一螺母与连杆二相连,连杆二通过第二转轴和第二螺母与连杆三相连,连杆四通过第三转轴和第三螺母与连杆五相连,连杆五通过第四转轴和第四螺母与连杆一相连。
连杆一、连杆二、连杆三、连杆四、连杆五的圆柱套的轴线相互平行。
连杆一的两端圆柱套的轴线距离与连杆二的两端圆柱套的轴线距离和连杆三的两端圆柱套的轴线距离相等,等于连杆四的圆柱套的轴线与连杆四的U形端上的两个通孔的轴线的距离,等于连杆五的圆柱套的轴线与连杆五的U形端上的两个通孔的轴线的距离。
第一支链中,固定在连杆四上倾斜杆的圆柱套筒端通过第五转轴和第五螺母与第一上部连杆的U形端相连形成转动副,且当连杆二上第二圆柱套轴线与连杆五圆柱套端轴线重合时,倾斜杆的圆柱套筒轴线与连杆五圆柱套端轴线相交于定平台轴线上。第一上部连杆的圆柱套筒端通过第六转轴和第六螺母与第二上部连杆的U形端相连形成转动副,第二上部连杆的圆柱套筒端通过第七转轴和第七螺母与第三上部连接杆U形端相连形成转动副。第三上部连杆的另一U形端通过第八转轴和第八螺母与动平台的圆柱套端相连形成转动副。
第一、二、三支链结构相同。
构成具有可重构特性的并联机构的零部件之间的连接:
第一支链通过五杆可重构机构中的连杆一与固定在定平台上的底座通过螺栓连接。底座均匀分布在以定平台中心点O2为圆心的圆周上且与定平台贴合;且五杆可重构机构连杆五圆柱套端轴线与定平台轴线相交与O3点。
第一、二、三支链与定平台和动平台连接方式相同。
本发明的有益效果:
本发明将含有五杆运动支链的可重构并联机构的设计中,得到了一种具有对称结构的并联机构。通过控制其中的五杆可重构机构进入不同的工作模式,整体机构可以实现10种不同的空间不同自由度运动,包括三移动运动,三转动运动,两移动一转动运动和两转动一移动运动,三移动一转动运动,三转动一移动运动,两移动两转动运动,三移动两转动运动,三转动两移动运动和三转动三移动运动。它能适应多任务工作环境。
附图说明
图1为含有五杆运动支链的可重构并联机构的结构示意图;
图2为动平台示意图;
图3为第一支链结构示意图;
图4为第二支链结构示意图;
图5为第三支链结构示意图;
图6为五杆可重构机构立体图;
图7为五杆可重构机构主视图;
图8为五杆可重构机构左视图;
图9为底座示意图;
图10为连杆一示意图;
图11为连杆二示意图;
图12为连杆三示意图;
图13为连杆四示意图;
图14连杆五和第一、第二上部连接杆示意图;
图15为第三上部连杆示意图;
图16为定平台示意图;
图17第一、第二、第三套筒示意图;
图18为第一、第二、第三主轴示意图;
图19为图7的A-A剖面图;
图20为五杆可重构机构进入工作模式一;
图21为五杆可重构机构进入工作模式二;
图22为五杆可重构机构进入工作模式三;
图23为五杆可重构机构进入工作模式四;
图24为五杆可重构机构进入工作模式五;
图中:底座1、第一电机座2、第二电机座3、第三电机机座4、第一驱动电机5、第二驱动电机6、第三驱动电机7、第一联轴器8、第二联轴器9、第三联轴器10、第一主轴11、第二主轴12、第三主轴13、第一套筒14、第二套筒15、第三套筒16、第一键17、第二键18、第三键19、连杆一20、连杆二21、连杆三22、连杆四23、连杆五25、第一转轴25、第二转轴26、第三转轴27、第四转轴28、第五转轴29、第六转轴30、第七转轴31、第八转轴32、第一螺母33、第二螺母24、第三螺母35、第四螺母36、第五螺母37、第六螺母38、第七螺母39、第八螺母40、第一上部连接杆41、第二上部连接杆42、第三上部连接杆43、动平台44、定平台45、五杆可重构机构46、第一支链47、第二支链48、第三支链49、第一圆柱套50、第二圆柱套51、第三圆柱套52、定平台的第一装配面53。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明。
一种含有五杆运动支链的可重构并联机构,如图1,该并联机构包括:
动平台44、定平台45和第一、二、三支链。
动平台44运动副分布为正三角形,其三个顶点上分别焊接第一、第二、第三圆柱套52筒,三个圆柱套筒的轴线相交于一点O1,O1点位于动平台44轴线上。
第一支链47包括五杆可重构机构46、第一上部连接杆41、第二上部连接杆42和第三上部连接杆43。
五杆可重构机构包括:底座1、第一电机座2、第二电机座3、第三电机座4、第一驱动电机5、第二驱动电机6、第三驱动电机7、第一联轴器8、第二联轴器9、第三联轴器10、第一主轴11、第二主轴12、第三主轴13、第一键17、第二键18、第三键19、连杆一20、连杆二21、连杆三22、连杆四23、连杆五25、第一转轴25、第二转轴26、第三转轴27、第四转轴28、第五转轴29、第六转轴30、第七转轴31、第八转轴32、第一螺母33、第二螺母24、第三螺母35、第四螺母36、第五螺母37、第六螺母38、第七螺母39、第八螺母40。
构成五杆可重构机构的零部件之间的连接为:
连杆一20固定在底座1上,第一驱动电机5、第二驱动电机6、第三驱动电机7分别安装在第一电机座2、第二电机座3上和第三电机座上4。
第一套筒14通过第一主轴11和第一键17与底座1的连杆二21连接连杆一20的一端相连;第二套筒15通过第二主轴12和第二键18与连杆二21的另一端相连;第三套筒16通过第三主轴13和第三键19与连杆三22连接连杆四23的一端相连;第一主轴11的细端通过第一联轴器8与第一驱动电机5相连,第二主轴12的细端通过第二联轴器9与第二驱动电机6相连,第三主轴13的细端通过第二联轴器9与第三驱动电机7相连。
连杆一20通过第一转轴25和第一螺母33与连杆二21相连,连杆二21通过第二转轴26和第二螺母24与连杆三22相连,连杆四23通过第三转轴27和第三螺母35与连杆五25相连,连杆五25通过第四转轴28和第四螺母36与连杆一20相连。
连杆一20、连杆二21、连杆三22、连杆四23、连杆五25的圆柱套的轴线相互平行。
连杆一20的两端圆柱套的轴线距离与连杆二21的两端圆柱套的轴线距离和连杆三22的两端圆柱套的轴线距离相等,等于连杆四23的圆柱套的轴线与连杆四23的U形端上的两个通孔的轴线的距离,等于连杆五25的圆柱套的轴线与连杆五25的U形端上的两个通孔的轴线的距离。
第一支链47中,固定在连杆四23上倾斜杆的圆柱套筒端通过第五转轴29和第五螺母37与第一上部连杆的U形端相连形成转动副,且当连杆二21上第二圆柱套51轴线与连杆五25圆柱套端轴线重合时,倾斜杆的圆柱套筒轴线与连杆五25圆柱套端轴线相交于定平台45轴线上。第一上部连杆的圆柱套筒端通过第六转轴30和第六螺母38与第二上部连杆的U形端相连形成转动副,第二上部连杆的圆柱套筒端通过第七转轴31和第七螺母39与第三上部连接杆43U形端相连形成转动副。第三上部连杆的另一U形端通过第八转轴32和第八螺母40与动平台44的圆柱套端相连形成转动副。
第一、二、三支链结构相同。
构成具有可重构特性的并联机构的零部件之间的连接:
第一支链47通过五杆可重构机构中的连杆一20与固定在定平台45上的底座1通过螺栓连接。底座1均匀分布在以定平台45中心点O2为圆心的圆周上且与定平台45贴合;且五杆可重构机构连杆五25圆柱套端轴线与定平台45轴线相交与O3点。
第一、二、三支链与定平台45和动平台44连接方式相同。
通过控制其中的五杆可重构机构进入不同的工作模式,整体机构可以实现十种不同的空间不同自由度运动,包括三移动运动,三转动运动,两移动一转动运动和两转动一移动运动,三移动一转动运动,三转动一移动运动,两移动两转动运动,三移动两转动运动,三转动两移动运动和三转动三移动运动。它能适应多任务工作环境。

Claims (1)

1.一种具有可重构自由度特性的并联机构,其特征在于,该并联机构包括:动平台(44)、定平台(45)和第一、二、三支链(47、48、49);
动平台(44)运动副分布为正三角形,其三个顶点上分别焊接第一、第二、第三圆柱套(52)筒,三个圆柱套筒的轴线相交于一点O1,O1点位于动平台(44)轴线上;
第一支链(47)包括五杆可重构机构(46)、第一上部连接杆(41)、第二上部连接杆(42)和第三上部连接杆(43);
五杆可重构机构包括:底座(1)、第一电机座(2)、第二电机座(3)、第三电机座(4)、第一驱动电机(5)、第二驱动电机(6)、第三驱动电机(7)、第一联轴器(8)、第二联轴器(9)、第三联轴器(10)、第一主轴(11)、第二主轴(12)、第三主轴(13)、第一键(17)、第二键(18)、第三键(19)、连杆一(20)、连杆二(21)、连杆三(22)、连杆四(23)、连杆五(25)、第一转轴(25)、第二转轴(26)、第三转轴(27)、第四转轴(28)、第五转轴(29)、第六转轴(30)、第七转轴(31)、第八转轴(32)、第一螺母(33)、第二螺母(24)、第三螺母(35)、第四螺母(36)、第五螺母(37)、第六螺母(38)、第七螺母(39)、第八螺母(40);构成五杆可重构机构(46)的零部件之间的连接为:
连杆一(20)固定在底座(1)上,第一驱动电机(5)、第二驱动电机(6)、第三驱动电机(7)分别安装在第一电机座(2)、第二电机座(3)上和第三电机座(4)上。
第一套筒(14)通过第一主轴(11)和第一键(17)与底座(1)的连杆二(21)连接连杆一(20)的一端相连;第二套筒(15)通过第二主轴(12)和第二键(18)与连杆二(21)的另一端相连;第三套筒(16)通过第三主轴(13)和第三键(19)与连杆三(22)连接连杆四(23)的一端相连;第一主轴(11)的细端通过第一联轴器(8)与第一驱动电机(5)相连,第二主轴(12)的细端通过第二联轴器(9)与第二驱动电机(6)相连,第三主轴(13)的细端通过第二联轴器(9)与第三驱动电机(7)相连。
连杆一(20)通过第一转轴(25)和第一螺母(33)与连杆二(21)相连,连杆二(21)通过第二转轴(26)和第二螺母(24)与连杆三(22)相连,连杆四(23)通过第三转轴(27)和第三螺母(35)与连杆五(25)相连,连杆五(25)通过第四转轴(28)和第四螺母(36)与连杆一(20)相连。
连杆一(20)、连杆二(21)、连杆三(22)、连杆四(23)、连杆五(25)的圆柱套的轴线相互平行。
连杆一(20)的两端圆柱套的轴线距离与连杆二(21)的两端圆柱套的轴线距离和连杆三(22)的两端圆柱套的轴线距离相等,等于连杆四(23)的圆柱套的轴线与连杆四(23)的U形端上的两个通孔的轴线的距离,等于连杆五(25)的圆柱套的轴线与连杆五(25)的U形端上的两个通孔的轴线的距离。
第一支链(47)中,固定在连杆四(23)上倾斜杆的圆柱套筒端通过第五转轴(29)和第五螺母(37)与第一上部连杆的U形端相连形成转动副,且当连杆二(21)上第二圆柱套(51)轴线与连杆五(25)圆柱套端轴线重合时,倾斜杆的圆柱套筒轴线与连杆五(25)圆柱套端轴线相交于定平台(45)轴线上。第一上部连杆的圆柱套筒端通过第六转轴(30)和第六螺母(38)与第二上部连杆的U形端相连形成转动副,第二上部连杆的圆柱套筒端通过第七转轴(31)和第七螺母(39)与第三上部连接杆(43)U形端相连形成转动副。第三上部连杆的另一U形端通过第八转轴(32)和第八螺母(40)与动平台(44)的圆柱套端相连形成转动副。
第一、二、三支链(47、48、49)结构相同。
构成具有可重构特性的并联机构的零部件之间的连接:
第一支链(47)通过五杆可重构机构(46)中的连杆一(20)与固定在定平台(45)上的底座(1)通过螺栓连接。底座(1)均匀分布在以定平台(45)中心点O2为圆心的圆周上且与定平台(45)贴合;且五杆可重构机构连杆五(25)圆柱套端轴线与定平台(45)轴线相交与O3点。
第一、二、三支链(47、48、49)与定平台(45)和动平台(44)连接方式相同。
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