CN106181967B - 无伴随运动具有多连续转轴的对称两转一移并联机构 - Google Patents

Abstract

一种无伴随运动具有多连续转轴的对称两转一移并联机构，其由完全对称的定、动平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的运动分支组成，每个运动分支均由定平台转动副、下侧转动副、中间转动副、上侧转动副、动平台转动副以及连接它们的连杆构成，其中定平台转动副与动平台转动副的轴线交于空间一点，上述三条活动分支的分支中心点构成了一个中间对称平面，上述定动两平台为全等的三角形，且关于该中间平面对称，每个分支中的上侧转动副与下侧转动副也关于该中间平面对称，中间转动副位于中间对称平面内。本发明结构完全对称，可以实现绕中间对称平面上的任意一条直线或任意一点连续转动，避免了伴随运动的发生，使机构的运动控制变得简便。

Description

无伴随运动具有多连续转轴的对称两转一移并联机构

技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种并联机构。

技术背景

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。随着相关研究的进行，并联机构有了飞速的发展。其中具有两个转动自由度和一个移动自由度的并联机构在机械工业领域有着广泛的应用。而具有两个转动一个移动自由度的并联机构可以应用于运动模拟器，坐标测量机，加工中心的主轴头等，其中最典型的应用是作并联机床的主轴头，在该主轴头上附加一个二自由度的转头，便能实现航空航天，汽车工业等领域复杂零件的加工。但大多数并联机构不能绕同一轴线连续转动，导致并联机构的轨迹规划、速度控制以及机构的标定非常复杂。从而，发明能实现连续转动运动的并联机构是一个很有实际意义问题，并将具有良好的应用前景。很多学者对此问题进行了专门的研究，并设计出了相关机构，但现有的机构多是连续转轴较少或是采用的非对称的结构，且存在伴随运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构完全对称、各向同性好、制造成本低廉、易于维护的无伴随运动具有多连续转轴的对称两转一移并联机构。

本发明包括定平台、动平台和连接这两平台的三条结构完全相同的运动分支，所述三条运动分支均由定平台转动副、下转动副、中间转动副、上转动副、动平台转动副以及连接它们的连杆构成。其中定平台转动副与定平台连接，且相对于定平台倾斜布置，下转动副通过第一连杆与定平台转动副连接，且下转动副与定平台转动副的轴线倾斜异面，中间转动副通过第二连杆与下转动副连接，上转动副通过第三连杆与中间转动副连接，下转动副、上转动副的轴线在空间中交于一点，三条分支构成三个交点，中间转动副轴线与下转动副、上转动副的轴线所在平面异面，上转动副通过第四连杆与动平台转动副连接，上转动副与动平台转动副的轴线倾斜异面，动平台转动副与动平台连接，且与动平台倾斜布置；上述一个运动分支的定、动平台转动副的轴线交于空间一点，且该点为分支中心点，上述三条运动分支的分支中心点构成了一个中间平面，称为中间对称平面；三个运动分支的下转动副、上转动副的轴线的三个交点也位于该中间对称平面内，且每个运动分支的中间转动副的轴线均位于中间对称平面内；定平台转动副—第一连杆—下转动副组成的运动副组合与动平台转动副—第四连杆—上转动副组成的运动副组合呈完全对称的结构，且关于中间对称平面对称布置。下转动副—第二连杆—中间转动副组成的运动副组合与上转动副—第三连杆—中间转动副组成的运动副组合也呈完全对称的结构，且关于中间对称平面对称布置；上述定、动两平台为全等的三角形，且关于上述中间对称平面对称，即位于中间对称平面以上的部分与位于中间对称平面以下的部分关于中间对称平面是完全对称的。

上述下转动副与定平台转动副可以替换为一个万向铰、上述上侧转动副与定平台转动副可以替换为一个万向铰。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、结构完全对称、各向同性好、制造成本低廉、易于维护，且在运动过程中不存在伴随运动。

2、能够绕机构上下平台中间对称平面上的任意一条直线连续转动，且该对称平面在机构运动过程中始终存在，具有较多的连续转轴。

附图说明

图1为本发明实施例1的立体示意简图。

图2为本发明实施例2的立体示意简图。

具体实施方式

实施例1：

在图1所示的无伴随运动具有多连续转轴的对称两转一移并联机构示意图中，三条结构完全相同的运动分支连接定平台1和动平台6，上述三条分支中的定平台转动副R1与定平台连接，且与定平台倾斜布置，下转动副R2与定平台转动副R1通过第一连杆2连接，且两转动副轴线相互异面，中间转动副R3与下转动副R2通过第二连杆3连接，且两转动副轴线相互异面，上转动副R4与中间转动副R3通过第三连杆4连接，且两转动副轴线相互异面，但下转动副R2与上转动副R4的轴线相交于空间一点，动平台转动副R5通过第四连杆5与上转动副R4连接，且两转动副轴线倾斜异面，动平台转动副R5与动平台连接，且与动平台倾斜布置；上述定平台转动副R1与动平台转动副R5的轴线交于空间一点O1，该点为该运动分支的分支中心点，上述三条活动分支的分支中心点O1、O2、O3以及三个运动分支中转动副R2与R4的轴线相交点构成了一个中间平面S，为中间对称平面；每条运动分支中定平台转动副R1─第一连杆─下转动副R2组成的运动副组合与动平台转动副R5─第四连杆─上转动副R4组成的运动副组合在结构上完全对称，且相对于中间对称平面对称布置。下转动副R2─第二连杆─中间转动副R3组成的运动副组合与上转动副R4─第三连杆─中间转动副R3组成的运动副组合在结构上也完全对称，且相对于中间对称平面对称布置；上述定、动两平台为全等的三角形，且关于该中间对称平面对称，转动副R3的轴线位于中间对称平面内。

实施例2：

如图2所示，三条结构完全相同的运动分支连接定平台1和动平台6，三条运动分中的下万向铰内的转动副U11与定平台连接，且转动副U11与定平台1倾斜布置，中间转动副R2与下万向铰内的转动副U12通过第一连杆2连接，且中间转动副R2与下万向铰内的转动副U12轴线相互异面，上万向铰内的转动副U31与中间转动副R2通过第二连杆3连接，且中间转动副R2与上万向铰内的转动副U31的轴线相互异面，上万向铰内的转动副U32与动平台连接，且转动副U32与动平台6倾斜布置；上述下万向铰内的转动副U11和上万向铰内的转动副U32的轴线交于空间一点O11，该点为该运动分支的分支中心点，上述三条运动分支的分支中心点O11、O21、O31构成了一个中间平面S，为中间对称平面；且下万向铰内的转动副U12与上万向铰内的转动副U31的轴线相交于空间一点O12，三个运动分支的三个交点O12、O22、O32同样位于中间对称平面上；运动分支中下万向铰与上万向铰在结构上完全对称，且相对于中间对称平面对称布置；下万向铰内的转动副U12─第一连杆─中间转动副R2组成的运动副组合与上万向铰内的转动副U31─第二连杆─中间转动副R2组成的运动副组合在结构上也呈完全对称的关系；中间转动副R2的轴线位于中间对称平面内，上述定、动两平台为全等的三角形，且关于该中间对称平面对称。

Claims (1)

1.一种无伴随运动具有多连续转轴的对称两转一移并联机构，其包括定平台、动平台和连接这两平台的三条结构完全相同的运动分支，其特征在于：所述三条运动分支均包括定平台转动副、下转动副、中间转动副、上转动副、动平台转动副以及连接它们的连杆，其中定平台转动副与定平台连接，且相对于定平台倾斜布置，下转动副通过第一连杆与定平台转动副连接，且下转动副与定平台转动副的轴线倾斜异面，中间转动副通过第二连杆与下转动副连接，上转动副通过第三连杆与中间转动副连接，下转动副、上转动副的轴线在空间中交于一点，三条分支构成三个交点，中间转动副轴线与下转动副、上转动副的轴线所在平面异面，上转动副通过第四连杆与动平台转动副连接，上转动副与动平台转动副的轴线倾斜异面，动平台转动副与动平台连接，且与动平台倾斜布置；上述一个运动分支的定、动平台转动副的轴线交于空间一点，且该点为分支中心点，上述三条运动分支的分支中心点构成了一个中间平面，称为中间对称平面；三个运动分支的下转动副、上转动副的轴线的三个交点也位于该中间对称平面内，且每个运动分支的中间转动副的轴线均位于中间对称平面内，每个运动分支的中间转动副的轴线不过下转动副和上转动副轴线的交点；定平台转动副—第一连杆—下转动副组成的运动副组合与动平台转动副—第四连杆—上转动副组成的运动副组合呈完全对称的结构，且关于中间对称平面对称布置，下转动副—第二连杆—中间转动副组成的运动副组合与上转动副—第三连杆—中间转动副组成的运动副组合也呈完全对称的结构，且关于中间对称平面对称布置；上述定、动两平台为全等的三角形，且关于上述中间对称平面对称，即位于中间对称平面以上的部分与位于中间对称平面以下的部分关于中间对称平面是完全对称的。