CN107088870A - 基于改进3puu平动机构的移/转独立控制的混联装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于改进3PUU平动机构的移/转独立控制的混联装置，其包括基座、中间平台、末端平台和6‑7个分支，连接基座和中间平台的是三个PUU分支，所述PUU分支从外至内依次连接移动副、外虎克铰和内虎克铰，其中两PUU分支外虎克铰的外侧转动副相互平行，并与另外一个PUU分支外虎克铰的外侧转动副垂直；上述两PUU分支内虎克铰的外侧转动副相互平行，并与另外一个PUU分支内虎克铰的外侧转动副垂直；连接中间平台和末端平台的是RPS、UPS和S分支，RPS分支从上至下依次为转动副、移动副和球副；UPS分支从上至下依次为虎克铰、移动副和球副；S分支从上至下依次为固定连杆和球副。本发明可实现末端移/转独立控制。

Description

基于改进3PUU平动机构的移/转独立控制的混联装置
技术领域
本发明属于机器人领域，特别涉及一种联动装置。
背景技术
串联机器人和并联机器人均已在各个领域得到了广泛的应用，混联联动装置同时拥有两者的优点，其研究不断升温。中国专利CN201410001496.4提出的一种基于并联模块的多轴联动装置，中国专利CN201410001489.4提出的一种新型多轴联动装置，以及中国专利CN201410001493.0提出的一种可实现五面加工的多轴联动装置，均采用串连模块与并联模块混联的模式。而中国专利CN201420646476.8提出的一种跨构型双并联工业机器人的结构以及中国专利CN201110381768.4提出的可实现3-PUU机构和3-UPU机构的组合运动输出装置采用了并联加并联模式，但运动耦合强，未能实现移动运动和转动运动的解耦控制。
平动型3-PUU机构具有良好的运动特性，李杨民等(Y.Li,Q.Xu,Stiffnessanalysis for a 3-PUU parallel kinematic machine,Mech.Mach.Theory.2008,43(2):186-200.)基于R.Di Gregorio(Gregorio R D,Parenti-Castelli V.A Translational 3-dof Parallel Manipulator[M].Advances in Robot Kinematics:Analysis andControl.Springer Netherlands,1998:49-58.)提出的实现平动机构的条件，对三自由度平动型3-PUU并联机构进行了系统分析。该机构实现平动的条件为各PUU分支中两虎克铰外侧转动副分别保持平行，然而使两个处于不同构件上的外侧转动副保持平行是很难实现的。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有高刚度，高承载能力，可实现移动和转动独立控制的基于改进3PUU平动机构的移/转独立控制的混联装置。
本发明的技术方案如下：
本发明包括基座、中间平台、末端平台、连接基座与中间平台的三个结构相同的PUU驱动分支以及连接中间平台与末端平台的3-4个分支，其中基座包括一个下平台和三个立柱，三个立柱垂直固定在下平台上，呈正三角形布置，每个立柱的内侧均设有直线移动单元，作为移动副安装面，其中两移动副的安装面相互平行，另一移动副安装面与其它两移动副安装面垂直，移动副方向均垂直于下平台；
PUU驱动分支中的移动副的两端分别通过虎克铰与基座立柱上的直线驱动单元和中间平台连接，与直线驱动单元连接的虎克铰外侧转动副垂直于移动副且与移动副安装面平行，其内侧转动副平行于与中间平台连接的虎克铰内侧转动副；安装在两平行安装面上的两个PUU分支中与中间平台连接的虎克铰外侧转动副相互平行，另外一个PUU分支中与中间平台连接的虎克铰外侧转动副与上述两个PUU分支中与中间平台连接的虎克铰外侧转动副垂直。
中间平台和末端平台的连接有两种方式：
第一种方式：连接中间平台和末端平台的是RPS驱动分支、UPS驱动分支和S被动分支，所述RPS分支中的移动副的一端通过转动副与中间平台连接，其另一端通过球副与末端平台连接，其中转动副与移动副垂直；所述UPS分支中的移动副通过虎克铰与中间平台连接，其另一端通过球副与末端平台连接，其中虎克铰内侧转动副与移动副垂直；所述S分支中的固定连杆的一端与中间平台下表面固连并与该下表面垂直，其另一端通过球副与末端平台连接；所述UPS分支虎克铰外侧转动副平行于RPS分支转动副，而且UPS分支虎克铰外侧转动副指向中间平台下表面中心；
第二种方式：连接中间平台和末端平台的是三个结构相同的UPS驱动分支和一个S被动分支，所述的UPS驱动分支中的移动副的一端通过虎克铰与中间平台下表面连接，其另一端通过球副与末端平台连接，其中虎克铰内侧转动副与移动副垂直；所述的三个UPS驱动分支两端在中间平台和末端平台上呈圆周均布，三个UPS分支虎克铰外侧转动副均指向中间平台下表面中心；所述S被动分支设在中间平台和末端平台中心，分支中的固定连杆的一端固连在中间平台下表面并垂直于该下表面，其另一端通过球副与末端平台连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
基座与中间平台所组成的三自由度并联机构可以实现装置末端的三个移动，且各分支中的外侧转动副能够自然保持平行，中间平台与末端平台所组成的并联机构可以实现装置末端的转动；采用改进式纯移动型3-PUU机构和纯转动型并联机构串接模式，能够实现移动和转动独立控制。
附图说明
图1是本发明实施例1的立体示意简图；
图2是本发明实施例1和实施例2中间平台上表面三个虎克铰安装位置图；
图3是本发明实施例2的立体示意简图。
图中：1.下平台、2.中间平台、3.末端平台、4.直线移动单元、5.PUU分支、6.虎克铰、7.虎克铰、8.RPS分支、9.转动副、10.UPS分支、11.虎克铰、12.S被动分支、13.固定连杆。
具体实施方式
实施例1
在图1所示的基于改进3PUU平动机构的移/转独立控制的混联装置示意图中，基座包括一个下平台和三个立柱，三个立柱垂直固定在下平台1上，呈正三角形布置，每个立柱的内侧均设有直线移动单元4，作为移动副安装面，其中两移动副的安装面相互平行，另一移动副安装面与其它两移动副安装面垂直，移动副方向均垂直于下平台；
三个结构相同的PUU驱动分支5中的移动副的两端分别通过虎克铰6和虎克铰7与基座立柱上的直线驱动单元和中间平台2连接，与直线驱动单元连接的虎克铰外侧转动副垂直于移动副且与移动副安装面平行，其内侧转动副平行于与中间平台连接的虎克铰内侧转动副；安装在两平行安装面上的两个PUU分支中与中间平台连接的虎克铰外侧转动副相互平行，另外一个PUU分支中与中间平台连接的虎克铰外侧转动副与上述两个PUU分支中与中间平台连接的虎克铰外侧转动副垂直，如图2所示；
连接中间平台和末端平台3的是RPS驱动分支8、UPS驱动分支10和S被动分支12，RPS分支中的移动副的一端通过转动副9与中间平台连接，其另一端通过球副与末端平台连接，其中转动副与移动副垂直；UPS分支中的移动副通过虎克铰11与中间平台连接，其另一端通过球副与末端平台连接，其中虎克铰内侧转动副与移动副垂直；S分支中的固定连杆13的一端与中间平台下表面固连并与该下表面垂直，其另一端通过球副与末端平台连接；所述UPS分支虎克铰外侧转动副平行于RPS分支转动副，而且UPS分支虎克铰外侧转动副指向中间平台下表面中心；
实施例2
如图3所示，连接中间平台2和末端平台3的是三个结构相同的UPS分支10和S被动分支12，UPS驱动分支中的移动副的一端通过虎克铰与中间平台下表面连接，其另一端通过球副与末端平台连接，其中虎克铰内侧转动副与移动副垂直；三个UPS驱动分支两端在中间平台和末端平台上呈圆周均布，三个UPS分支虎克铰外侧转动副均指向中间平台下表面中心；S被动分支设在中间平台和末端平台中心，分支中的固定连杆的一端固连在中间平台下表面并垂直于该下表面，其另一端通过球副与末端平台连接。
其它部件和连接关系与实施例1相同。

Claims (2)

1.一种基于改进3PUU平动机构的移/转独立控制的混联装置，其包括基座、中间平台、末端平台、连接基座与中间平台的三个结构相同的PUU驱动分支以及连接中间平台与末端平台的3-4个分支，其特征在于：所述基座包括一个下平台和三个立柱，三个立柱垂直固定在基座上，呈正三角形布置，每个立柱的内侧均设有直线移动单元，作为移动副安装面，其中两移动副的安装面相互平行，另一移动副安装面与其它两移动副安装面垂直，移动副方向均垂直于下平台；所述PUU驱动分支中的移动副的两端分别通过虎克铰与基座立柱上的直线驱动单元和中间平台连接，与直线驱动单元连接的虎克铰外侧转动副垂直于移动副且与移动副安装面平行，其内侧转动副平行于与中间平台连接的虎克铰内侧转动副；安装在两平行安装面上的两个PUU分支中与中间平台连接的虎克铰外侧转动副相互平行，另外一个PUU分支中与中间平台连接的虎克铰外侧转动副与上述两个PUU分支中与直线驱动单元连接的虎克铰外侧转动副垂直。
连接中间平台和末端平台的是RPS驱动分支、UPS驱动分支和S被动分支，所述RPS分支中的移动副的一端通过转动副与中间平台连接，其另一端通过球副与末端平台连接，其中转动副与移动副垂直；所述UPS分支中的移动副通过虎克铰与中间平台连接，其另一端通过球副与末端平台连接，其中虎克铰内侧转动副与移动副垂直；所述S分支中的固定连杆的一端与中间平台下表面固连并垂直于该下表面，其另一端通过球副与末端平台连接；所述UPS分支虎克铰外侧转动副平行于RPS分支转动副，而且UPS分支虎克铰外侧转动副指向中间平台下表面中心。
2.根据权利要求1所述的基于改进3PUU平动机构的移/转独立控制的混联装置，其特征在于：连接中间平台和末端平台的是三个结构相同的UPS驱动分支和一个S被动分支，所述的UPS驱动分支中的移动副的一端通过虎克铰与中间平台下表面连接，其另一端通过球副与末端平台连接，其中虎克铰内侧转动副与移动副垂直；所述的三个UPS驱动分支两端在中间平台和末端平台上呈圆周均布，三个UPS分支虎克铰外侧转动副均指向中间平台下表面中心；所述S被动分支设在中间平台和末端平台中心，分支中的固定连杆的一端固连在中间平台下表面并与该下表面垂直，其另一端通过球副与末端平台连接。
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