CN106272350A - 一种驱动关节可变的rrr并联机构支链装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种驱动关节可变的并联机构RRR支链装置，主要由本体机构、驱动部分、传动部分组成，传动部分分为三个传动组，主要由离合器、传动齿轮、同步带轮、同步带组成，驱动单元驱动离合器主动件，通过传动齿轮和同步带传递至驱动位置，通过灵活配置离合器主动件和从动件吸附、分离状态切换支链驱动模式；本支链可以实现主动和被动关节的切换(驱动关节变化)，实现在不同工作空间中根据实际需要使用不同关节进行驱动，进而提升并联机构在整个工作空间内的综合性能；本发明装置控制简单，操作方便，能够实现机构驱动模式的快速切换，有利于并联机构在工作空间内性能的优化和提升，可应用于构成3‑RRR、5R等各类带有RRR支链的并联机构。

Description

一种驱动关节可变的RRR并联机构支链装置

技术领域

本发明属于机械技术领域，特别涉及一种驱动关节可变的RRR并联机构支链装置。

背景技术

并联机构被广泛的应用于工业生产中完成各种不同的工作，但并联机构存在着构型一定时，其运动性能无法根据不同任务的要求而改变的问题。并联机构中存在着大量的被动关节，不同主被动关节配置具有不同运动性能。灵活切换机构驱动模式可使机构在整个工作空间具有最优性能，提高机构在整个工作空间内的运动速度，加速度，负载能力等性能。

现在的并联机构中，基本上采用靠近静平台端的转动副或移动副为主动副。这种机构驱动模式恒定，工作空间内运动性能无法改变，不能根据工况的变化调整机构的性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种驱动关节可变的RRR并联机构支链装置，利用电磁离合器装置和同步带装置，实现机构驱动方式的可选择性切换，可以灵活改变机构的主动和被动关节布置，在整个工作空间内发挥机构的最优性能，控制简单，操作方便。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种驱动关节可变的RRR并联机构支链装置，包括本体机构、驱动单元2和传动部分，其中：

所述本体机构包括静平台1、转动关节Ⅰ、杆Ⅰ6、转动关节Ⅱ、杆Ⅱ13及转动关节Ⅲ，静平台1通过转动关节Ⅰ连接杆Ⅰ6的一端，杆Ⅰ6的另一端通过转动关节Ⅱ连接杆Ⅱ13的一端，杆Ⅱ13的另一端设置有转动关节Ⅲ；

驱动单元2由电机、减速器和联轴器组成，作用于转动关节Ⅰ、转动关节Ⅱ及转动关节Ⅲ；

传动部分分为三个传动组，为传动组Ⅰ、传动组Ⅱ和传动组Ⅲ，分别作用于转动关节Ⅰ、转动关节Ⅱ及转动关节Ⅲ；

通过控制各传动部分的状态，实现支链驱动模式的切换。

所述传动组Ⅰ为离合器Ⅰ3，主动件与驱动单元2输出端连接，从动件与转动关节Ⅰ连接；

所述传动组Ⅱ由传动系统和离合器Ⅱ10组成，传动系统将离合器Ⅰ3主动件的运动传递至离合器Ⅱ10的主动件，离合器Ⅱ10的从动件与转动关节Ⅱ连接；

所述传动组Ⅲ为传动齿轮Ⅲ11和离合器Ⅲ12，传动齿轮Ⅲ11与离合器Ⅱ10同轴连接，与离合器Ⅲ12的主动件啮合，离合器Ⅲ12的从动件与杆Ⅱ13连接。

所述传动组Ⅱ中的传动系统为同步带和传动齿轮系统，或齿轮传动系统。

所述传动组Ⅱ中的传动系统包括传动齿轮Ⅰ4、同步带轮Ⅰ5、同步带7、传动齿轮Ⅱ8和同步带轮Ⅱ9，其中，传动齿轮Ⅰ4与离合器Ⅰ3的主动件啮合，传动齿轮Ⅰ4和传动齿轮Ⅱ8均通过轴承与杆Ⅰ6连接，同步带轮Ⅰ5与传动齿轮Ⅰ4同轴运动，同步带轮Ⅱ9与传动齿轮Ⅱ8同轴运动，传动齿轮Ⅱ8与离合器Ⅱ10的主动件啮合。

所述的本体机构、驱动单元2、传动组Ⅰ和传动组Ⅱ连接形成支链Ⅰ，实现支链两种驱动模式切换：

驱动模式Ⅰ，离合器Ⅰ3吸附，离合器Ⅱ10分离，驱动单元2直接驱动转动关节Ⅰ，其余传动组上所有齿轮均空转；

驱动模式Ⅱ，离合器Ⅰ3分离，离合器Ⅱ10吸附，转动关节Ⅰ与驱动单元2脱离，驱动单元2输出力矩通过传动组Ⅱ传递到转动关节Ⅱ，实现转动关节Ⅱ的驱动。

所述的本体机构、驱动单元2、传动组Ⅰ、传动组Ⅱ、传动组Ⅲ连接形成支链Ⅱ，实现支链三种驱动模式切换：

驱动模式Ⅰ，离合器Ⅰ3吸附，离合器Ⅱ10、离合器Ⅲ12分离，驱动单元2驱动转动关节Ⅰ运动；

驱动模式Ⅱ，离合器Ⅱ10吸附，离合器Ⅰ3、离合器Ⅲ12分离，驱动单元2驱动杆转动关节Ⅱ；

驱动模式Ⅲ，离合器Ⅲ12吸附，离合器Ⅰ3、离合器Ⅱ10分离，驱动单元2驱动杆Ⅱ13。

可选择在所述杆Ⅱ13上添加传动组Ⅳ(传动组Ⅳ形式与传动组Ⅱ一致)，由传动系统和离合器组成，即在杆Ⅱ13转动关节Ⅱ和转动关节Ⅲ之间添加传动系统，在转动关节Ⅲ添加离合器，两个传动齿轮分别于离合器Ⅲ12和转动关节Ⅲ处与离合器啮合，可实现驱动转动关节Ⅲ，即驱动模式Ⅳ；添加传动组Ⅴ(传动组Ⅴ形式与传动组Ⅲ一致)，由传动齿轮和离合器组成，传动齿轮固定于转动关节Ⅲ处离合器上，动平台上添加离合器Ⅴ(与离合器Ⅲ一致)，传动齿轮同离合器Ⅴ啮合驱动单元2直接驱动动平台，实现驱动模式Ⅴ。

依据传动组Ⅰ、传动组Ⅱ、传动组Ⅲ的装配方式，在平面5R机构支链转动关节Ⅰ处添加传动组Ⅰ，杆Ⅰ上添加传动组Ⅱ，转动关节Ⅱ添加传动组Ⅲ，组成驱动可变的平面5R并联机构；

依据传动组Ⅰ、传动组Ⅱ、传动组Ⅲ、传动组Ⅳ、传动组Ⅴ的装配方式，在平面3-3R并联机构支链转动关节Ⅰ处添加传动组Ⅰ，杆Ⅰ上添加传动组Ⅱ，转动关节Ⅱ添加传动组Ⅲ，杆Ⅱ13上添加传动组Ⅳ，动平台上添加传动组Ⅴ，组成驱动可变的平面3-3R并联机构，亦可多条支链组合组成各类带有RRR支链的驱动可变的并联机构。

本发明中，电机驱动离合器Ⅰ3主动件同从动件吸附，电机驱动静平台关节；离合器Ⅰ3主动件同从动件分开，离合器主动件传递输出。

本发明中，通过传动齿轮和同步带组成的传递装置，动力输出传递至离合器Ⅱ10的主动件上，离合器Ⅱ10主动件和从动件吸附，输出驱动关节Ⅱ；离合器Ⅱ10主动件同从动件分离，输出经传动齿轮驱动离合器Ⅲ12，离合器Ⅲ12主动件和从动件吸附，输出驱动杆Ⅱ13。

与现有技术相比，本发明装置在机构模型已确定，无需结构改变的情况下，可实现支链多种驱动模式的切换；运用机构不同驱动模式实现工作空间内工作性能的改变，根据实际工况需求，切换机构驱动模式，实现机构在整个工作空间内的最优性能。是一种结构合理，控制简单，能够灵活改变机构的驱动模式，是一种理想的变驱动支链。

附图说明

图1是本发明多驱动并联机构支链示意图。

图2是本发明电机、离合器与关节连接图。

图3是本发明机械传动部分示意图。

图4是本发明连杆关节驱动示意图。

图5是本发明应用示范——驱动可变的平面5R并联机构示意图。

图6是本发明添加传动组Ⅳ和传动组Ⅴ后的支链示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明多驱动并联机构支链结构如图1所示，包括本体机构、驱动单元2和传动部分。

本体机构包括静平台1、转动关节Ⅰ、杆Ⅰ6、转动关节Ⅱ、杆Ⅱ13及转动关节Ⅲ，静平台1通过转动关节Ⅰ连接杆Ⅰ6的一端，杆Ⅰ6的另一端通过转动关节Ⅱ连接杆Ⅱ13的一端，杆Ⅱ13的另一端设置有转动关节Ⅲ。

驱动单元2由电机、减速器和联轴器组成，固定于静平台1，作用于转动关节Ⅰ、转动关节Ⅱ及转动关节Ⅲ；

传动部分分为三个传动组，为传动组Ⅰ、传动组Ⅱ和传动组Ⅲ，分别作用于转动关节Ⅰ、转动关节Ⅱ及杆Ⅱ13。

如图2、图3和图4所示，其中传动组Ⅰ为离合器Ⅰ3，主动件与驱动单元2输出端连接，从动件与转动关节Ⅰ连接；

传动组Ⅱ由传动系统和离合器Ⅱ10组成，传动系统为同步带和传动齿轮系统，或齿轮传动系统，或其他功能类似的传动系统，将离合器Ⅰ3主动件的运动传递至离合器Ⅱ10的主动件，离合器Ⅱ10的从动件与转动关节Ⅱ连接。

一种较为优异的传动系统包括传动齿轮Ⅰ4、同步带轮Ⅰ5、同步带7、传动齿轮Ⅱ8和同步带轮Ⅱ9，其中，传动齿轮Ⅰ4与离合器Ⅰ3的主动件啮合，传动齿轮Ⅰ4和传动齿轮Ⅱ8均通过轴承与杆Ⅰ6连接，同步带轮Ⅰ5与传动齿轮Ⅰ4同轴运动，同步带轮Ⅱ9与传动齿轮Ⅱ8同轴运动，传动齿轮Ⅱ8与离合器Ⅱ10的主动件啮合。

传动组Ⅲ为传动齿轮Ⅲ11和离合器Ⅲ12，传动齿轮Ⅲ11与离合器Ⅱ10同轴连接，与离合器Ⅲ12的主动件啮合，离合器Ⅲ12的从动件与杆Ⅱ13连接。

通过控制各传动部分的状态，实现支链驱动模式的切换。该支链还可同其他支链构成闭环机构。

本发明中，本体机构、驱动单元2、传动组Ⅰ和传动组Ⅱ连接形成支链Ⅰ，实现支链两种驱动模式切换：

驱动模式Ⅰ，离合器Ⅰ3吸附，离合器Ⅱ10分离，驱动单元2直接驱动转动关节Ⅰ，其余传动组上所有齿轮均空转；

驱动模式Ⅱ，离合器Ⅰ3分离，离合器Ⅱ10吸附，转动关节Ⅰ与驱动单元2脱离，驱动单元2输出力矩通过传动组Ⅱ传递到转动关节Ⅱ，实现转动关节Ⅱ的驱动。

本体机构、驱动单元2、传动组Ⅰ、传动组Ⅱ、传动组Ⅲ连接形成支链Ⅱ，实现支链三种驱动模式切换：

驱动模式Ⅰ，离合器Ⅰ3吸附(即主动件吸附从动件)，离合器Ⅱ10、离合器Ⅲ12分离(即主动件同从动件分离)，驱动单元2驱动转动关节Ⅰ运动，输出转动关节Ⅰ绝对角度；

驱动模式Ⅱ，离合器Ⅱ10吸附(即主动件吸附从动件)，离合器Ⅰ3、离合器Ⅲ12分离(即主动件同从动件分离)，驱动单元2驱动杆转动关节Ⅱ，输出杆件Ⅰ6和杆Ⅱ13的相对角；

驱动模式Ⅲ，离合器Ⅲ12吸附(即主动件吸附从动件)，离合器Ⅰ3、离合器Ⅱ10分离(即主动件同从动件分离)，驱动单元2驱动杆Ⅱ13，输出杆Ⅱ13绝对角。

图5是本发明支链的一种应用。给出了本发明的一种应用场景，通过该图可更好地说明各转动关节的位置和连接关系(如转动关节Ⅲ，图中A处)，图中B处为转动关节Ⅱ，C处为转动关节Ⅰ，D1和D2分别表示离合器的主动件与从动件。

进一步地，在图1所示的RRR并联机构装置之中，通过齿轮、离合器和传送带等装置，可以将电机的驱动力矩输出至转动关节Ⅱ处(即杆Ⅰ和杆Ⅱ的连接关节处)。在此基础上还可以选择对其进行扩展，例如，可选择在杆Ⅱ13上添加传动组Ⅳ(传动组Ⅳ形式与传动组Ⅱ一致)，由传动系统和离合器组成，即在杆Ⅱ13转动关节Ⅱ和转动关节Ⅲ之间添加传动系统，在转动关节Ⅲ添加离合器，两个传动齿轮分别于离合器Ⅲ12和转动关节Ⅲ处与离合器啮合，可实现驱动转动关节Ⅲ，即驱动模式Ⅳ。当杆Ⅱ13末端连接动平台，在动平台连接处添加传动组Ⅴ，传动齿轮固定于转动关节Ⅲ处离合器上，动平台上添加离合器Ⅴ(与离合器Ⅲ一致)，那么就可以将驱动电机的力矩输出至转动关节Ⅲ(杆Ⅱ与动平台的连接关节)，即传动齿轮同离合器Ⅴ啮合驱动单元2直接驱动动平台，实现驱动模式Ⅴ。选择添加传动组Ⅳ和传动组Ⅴ后的支链如图6所示(杆Ⅰ上的传动组不变，杆Ⅱ上添加类似杆Ⅰ的传动装置)。

即：在杆Ⅱ上是否添加传动链将力矩输出至转动关节Ⅲ是可以选择的。当不选择在杆Ⅱ上添加传动组时，该支链可用于构成平面5R并联机构。当选择在杆Ⅱ上添加传动组时，该支链可用于构成平面3-3R并联机构。

进一步地，本发明可依据传动组Ⅰ、传动组Ⅱ、传动组Ⅲ的装配方式，在平面5R机构支链转动关节Ⅰ处添加传动组Ⅰ，杆Ⅰ上添加传动组Ⅱ，转动关节Ⅱ添加传动组Ⅲ，组成驱动可变的平面5R并联机构。

或者，依据传动组Ⅰ、传动组Ⅱ、传动组Ⅲ、传动组Ⅳ、传动组Ⅴ的装配方式，在平面3-3R并联机构支链转动关节Ⅰ处添加传动组Ⅰ，杆Ⅰ上添加传动组Ⅱ，转动关节Ⅱ添加传动组Ⅲ，杆Ⅱ13上添加传动组Ⅳ，动平台上添加传动组Ⅴ，组成驱动可变的平面3-3R并联机构，亦可多条支链组合组成各类带有RRR支链的驱动可变的并联机构。

Claims (9)

1.一种驱动关节可变的RRR并联机构支链装置，包括本体机构、驱动单元(2)和传动部分，其特征在于：

所述本体机构包括静平台(1)、转动关节Ⅰ、杆Ⅰ(6)、转动关节Ⅱ、杆Ⅱ(13)及转动关节Ⅲ，静平台(1)通过转动关节Ⅰ连接杆Ⅰ(6)的一端，杆Ⅰ(6)的另一端通过转动关节Ⅱ连接杆Ⅱ(13)的一端，杆Ⅱ(13)的另一端设置有转动关节Ⅲ；

驱动单元(2)由电机、减速器和联轴器组成，作用于转动关节Ⅰ、转动关节Ⅱ及转动关节Ⅲ；

传动部分分为三个传动组，为传动组Ⅰ、传动组Ⅱ和传动组Ⅲ，分别作用于转动关节Ⅰ、转动关节Ⅱ及转动关节Ⅲ；

通过控制各传动部分的状态，实现支链驱动模式的切换。

2.根据权利要求1所述驱动关节可变的RRR并联机构支链装置，其特征在于，

所述传动组Ⅰ为离合器Ⅰ(3)，主动件与驱动单元(2)输出端连接，从动件与转动关节Ⅰ连接；

所述传动组Ⅱ由传动系统和离合器Ⅱ(10)组成，传动系统将离合器Ⅰ(3)主动件的运动传递至离合器Ⅱ(10)的主动件，离合器Ⅱ(10)的从动件与转动关节Ⅱ连接；

所述传动组Ⅲ为传动齿轮Ⅲ(11)和离合器Ⅲ(12)，传动齿轮Ⅲ(11)与离合器Ⅱ(10)同轴连接，与离合器Ⅲ(12)的主动件啮合，离合器Ⅲ(12)的从动件与杆Ⅱ13连接。

3.根据权利要求2所述驱动关节可变的RRR并联机构支链装置，其特征在于，所述传动组Ⅱ中的传动系统为同步带和传动齿轮系统，或齿轮传动系统。

4.根据权利要求2所述驱动关节可变的RRR并联机构支链装置，其特征在于，所述传动组Ⅱ中的传动系统包括传动齿轮Ⅰ(4)、同步带轮Ⅰ(5)、同步带(7)、传动齿轮Ⅱ(8)和同步带轮Ⅱ(9)，其中，传动齿轮Ⅰ(4)与离合器Ⅰ(3)的主动件啮合，传动齿轮Ⅰ(4)和传动齿轮Ⅱ(8)均通过轴承与杆Ⅰ(6)连接，同步带轮Ⅰ(5)与传动齿轮Ⅰ(4)同轴运动，同步带轮Ⅱ(9)与传动齿轮Ⅱ(8)同轴运动，传动齿轮Ⅱ(8)与离合器Ⅱ(10)的主动件啮合。

5.根据权利要求2所述驱动关节可变的RRR并联机构支链装置，其特征在于，所述的本体机构、驱动单元(2)、传动组Ⅰ和传动组Ⅱ连接形成支链Ⅰ，实现支链两种驱动模式切换：

驱动模式Ⅰ，离合器Ⅰ(3)吸附，离合器Ⅱ(10)分离，驱动单元(2)直接驱动转动关节Ⅰ，其余传动组上所有齿轮均空转；

驱动模式Ⅱ，离合器Ⅰ(3)分离，离合器Ⅱ(10)吸附，转动关节Ⅰ与驱动单元(2)脱离，驱动单元(2)输出力矩通过传动组Ⅱ传递到转动关节Ⅱ，实现转动关节Ⅱ的驱动。

6.根据权利要求2所述驱动关节可变的RRR并联机构支链装置，其特征在于，所述的本体机构、驱动单元(2)、传动组Ⅰ、传动组Ⅱ、传动组Ⅲ连接形成支链Ⅱ，实现支链三种驱动模式切换：

驱动模式Ⅰ，离合器Ⅰ(3)吸附，离合器Ⅱ(10)、离合器Ⅲ(12)分离，驱动单元(2)驱动转动关节Ⅰ运动；

驱动模式Ⅱ，离合器Ⅱ(10)吸附，离合器Ⅰ(3)、离合器Ⅲ(12)分离，驱动单元(2)驱动杆转动关节Ⅱ；

驱动模式Ⅲ，离合器Ⅲ(12)吸附，离合器Ⅰ(3)、离合器Ⅱ(10)分离，驱动单元(2)驱动杆Ⅱ(13)。

7.根据权利要求2所述驱动关节可变的RRR并联机构支链装置，其特征在于，

在所述杆Ⅱ(13)上添加由传动系统和离合器组成的与传动组Ⅱ形式一致的传动组Ⅳ，即在杆Ⅱ(13)转动关节Ⅱ和转动关节Ⅲ之间添加传动系统，在转动关节Ⅲ添加离合器，两个传动齿轮分别于离合器Ⅲ(12)和转动关节Ⅲ处与离合器啮合，可实现驱动转动关节Ⅲ，即驱动模式Ⅳ；

在动平台连接处添加由传动齿轮和离合器组成的与传动组Ⅱ形式一致的传动组Ⅴ，传动齿轮固定于转动关节Ⅲ处离合器上，动平台上添加与离合器Ⅲ形式一致的离合器Ⅴ，传动齿轮同离合器Ⅴ啮合驱动单元(2)直接驱动动平台，实现驱动模式Ⅴ。

8.根据权利要求7所述驱动关节可变的RRR并联机构支链装置，其特征在于，依据传动组Ⅰ、传动组Ⅱ、传动组Ⅲ的装配方式，在平面5R机构支链转动关节Ⅰ处添加传动组Ⅰ，杆Ⅰ上添加传动组Ⅱ，转动关节Ⅱ添加传动组Ⅲ，组成驱动可变的平面5R并联机构。

9.根据权利要求7所述驱动关节可变的RRR并联机构支链装置，其特征在于，依据传动组Ⅰ、传动组Ⅱ、传动组Ⅲ、传动组Ⅳ、传动组Ⅴ的装配方式，在平面3-3R并联机构支链转动关节Ⅰ处添加传动组Ⅰ，杆Ⅰ上添加传动组Ⅱ，转动关节Ⅱ添加传动组Ⅲ，杆Ⅱ(13)上添加传动组Ⅳ，动平台上添加传动组Ⅴ，组成驱动可变的平面3-3R并联机构，或多条支链组合组成各类带有RRR支链的驱动可变的并联机构。