CN107127737B - 一种少关节两转动自由度并联机构 - Google Patents

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    • B25J9/0072—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics of the hybrid type, i.e. having different kinematics chains

Abstract

一种少关节两转动自由度并联机构，其包括定平台、动平台以及连接这两个平台的三条支链，其中第一支链的中间连杆一端通过转动副与动平台连接，其另一端通过转动副与定平台连接；第二支链的第一上连杆一端通过虎克铰与动平台连接，其另一端通过移动副与第一下连杆一端连接，第一下连杆另一端过转动副与定平台连接；第三支链的第二上连杆一端通过转动副与动平台连接，其另一端通过移动副与第二下连杆一端连接，第二下连杆另一端通过虎克铰与定平台连接。本发明机构包含的单自由度关节数目少，结构刚度高；输入与输出之间存在一一对应关系，运动完全解耦，控制模型简单，实用性强。

Description

一种少关节两转动自由度并联机构
技术领域
本发明属于机器人领域，特别涉及一种并联机构。
背景技术
少自由度并联机构具有结构简单、制造成本低及控制容易等优点，近年来，它已成为机器人和机构领域研究的热点之一。在各类少自由度并联机构中，二自由度转动并联机构是少自由度并联机构一个重要分支，它在很多场合，诸如船舶、车辆和飞行器上的平台姿态调整与自稳定，医疗器械、摄像机和望远镜定位，以及天线和太阳能电池板方位跟踪等领域，都有非常大的应用前景。二自由度转动并联机构包括二自由度球面机构和无汇交点二自由度转动并联机构，其中二自由度球面并联机构的两条转动轴线均是连续的，但是必须满足转动副轴线汇交于一定点的几何要求，加工制造非常困难；而现有的无汇交点二自由度并联机构存在两条连续转轴的还为数不多，且含有的单自由度运动副数目多，整体刚度较低，如中国专利CN201010136427.6提出的机构等。CN201610303875.8提出的机构具有两条连续转轴，但是机构不完全解耦。以上这些存在两条连续转轴的两转并联机构还存在单自由度关节数目多等问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种单自由度关节数目少且存在两条连续转轴的少关节两转动自由度并联机构。
本发明包括定平台、动平台以及连接这两个平台的三条支链，所述的三条支链有四种不同的构件和连接方式。
第一种方式：第一支链的中间连杆一端通过转动副与动平台连接，该中间连杆另一端通过转动副与定平台连接；第二支链的第一上连杆一端通过虎克铰与动平台连接，该第一上连杆另一端通过移动副与第一下连杆一端连接，该第一下连杆另一端通过转动副与定平台连接；第三支链的第二上连杆一端通过转动副与动平台连接，该第二上连杆另一端通过移动副与第二下连杆一端连接，该第二下连杆另一端通过虎克铰与定平台连接，上述第一支链中两个转动副轴线相互垂直交错，第一支链连接定平台的转动副轴线平行于第二支链中连接定平台的转动副轴线，并与第三支链中虎克铰连接定平台的轴线重合，第一支链连接动平台的转动副轴线平行于第三支链连接动平台的转动副轴线，并与第二支链中虎克铰连接动平台的轴线重合。
第二种方式：第一支链的中间连杆一端通过转动副与动平台连接，该中间连杆另一端通过转动副与定平台连接；第二支链的第一上连杆一端通过虎克铰与动平台连接，该第一上连杆另一端通过转动副与第一下连杆一端连接，该第一下连杆另一端通过转动副与定平台连接；第三支链的第二上连杆一端通过转动副与动平台连接，该第二上连杆另一端通过转动副与第二下连杆一端连接，该第二下连杆另一端通过虎克铰与定平台连接，上述第一支链中两个转动副轴线相互垂直交错，第一支链连接定平台的转动副轴线平行于第二支链中两个转动副轴线，并与第三支链中虎克铰连接定平台的轴线重合，第一支链连接动平台的转动副轴线平行于第三支链中两个转动副轴线，并与第二支链中虎克铰连接动平台的轴线重合。
第三种方式：第一支链是虎克铰将定平台与动平台连接；第二支链的第一上连杆一端通过虎克铰与动平台连接，该第一上连杆另一端通过移动副与第一下连杆一端连接，该第一下连杆另一端通过转动副与定平台连接；第三支链的第二上连杆通过转动副与连接件下端相连，连接件上端与动平台固连，该第二上连杆另一端通过移动副与第二下连杆一端连接，该第二下连杆另一端通过虎克铰与定平台连接，上述第一支链中虎克铰连接动平台的轴线与第二支链中虎克铰连接动平台的轴线重合，并与第三支链转动副轴线平行，第一支链中虎克铰连接定平台的轴线与第三支链中虎克铰连接定平台轴线重合，并与第二支链中转动副轴线平行。
第四种方式：第一支链是虎克铰将定平台与动平台连接；第二支链的第一上连杆一端通过虎克铰与动平台连接，该第一上连杆另一端通过转动副与第一下连杆一端连接，该第一下连杆另一端通过转动副与定平台连接；第三支链的第二上连杆通过转动副与连接件下端相连，连接件上端与动平台固连，该第二上连杆另一端通过转动副与第二下连杆一端连接，该第二下连杆另一端通过虎克铰与定平台连接，上述第一支链中虎克铰连接动平台的轴线与第二支链中虎克铰连接动平台的轴线重合，并与第三支链的两个转动副轴线平行，第一支链中虎克铰连接定平台的轴线与第三支链中虎克铰连接定平台的轴线重合，并与第二支链中两个转动副轴线平行。
本发明与现有技术相比具有如下优点：机构包含的单自由度关节数目比现有的两转动自由度并联机构要少，结构刚度高；输入与输出之间存在一一对应关系，运动完全解耦，控制模型简单，实用性强。
附图说明
图1是本发明中实施例1的立体示意简图。
图2是本发明中实施例2的立体示意简图。
图3是本发明中实施例3的立体示意简图。
图4是本发明中实施例4的立体示意简图。
图中：1-定平台、2-动平台、3-中间连杆、4-第一上连杆、5-第一下连杆、6-第二上连杆、7-第二下连杆、8-连接件。
具体实施方式
实施例1：
在图1所示的少关节两转并联机构示意图中，第一支链的中间连杆3一端通过转动副R2与动平台2连接，该中间连杆另一端通过转动副R1与定平台1连接；第二支链的第一上连杆4一端通过虎克铰U1与动平台连接，该第一上连杆另一端通过移动副P1与第一下连杆5一端连接，该第一下连杆另一端通过转动副R3与定平台连接；第三支链的第二上连杆6一端通过转动副R4与动平台连接，该第二上连杆另一端通过移动副P2与第二下连杆7一端连接，该第二下连杆另一端通过虎克铰U2与定平台连接。上述第一支链中转动副R2、转动副R1轴线相互垂直交错，第一支链连接定平台的转动副R1轴线平行于第二支链中连接定平台的转动副R3轴线，并与第三支链中虎克铰U2连接定平台的轴线重合。第一支链连接动平台的转动副R2轴线平行于第三支链连接动平台的转动副R4轴线，并与第二支链中虎克铰U1连接动平台的轴线重合。
实施例2：
如图2所示，第一支链的中间连杆3一端通过转动副R2与动平台2连接，该中间连杆另一端通过转动副R1与定平台1连接；第二支链的第一上连杆4一端通过虎克铰U1与动平台连接，该第一上连杆另一端通过转动副R6与第一下连杆5一端连接，该第一下连杆另一端通过转动副R3与定平台连接；第三支链的第二上连杆6一端通过转动副R4与动平台连接，该第二上连杆另一端通过转动副R5与第二下连杆7一端连接，该第二下连杆另一端通过虎克铰U2与定平台连接。上述第一支链中转动副R2、转动副R1轴线相互垂直交错，第一支链连接定平台的转动副R1轴线平行于第二支链中转动副R3、R6轴线，并与第三支链中虎克铰U2连接定平台的轴线重合。第一支链连接动平台的转动副R2轴线平行于第三支链中转动副R4、R5轴线，并与第二支链中虎克铰U1连接动平台的轴线重合。
实施例3：
如图3所示，第一支链通过虎克铰U3将定平台1与动平台2连接；第二支链的第一上连杆4一端通过虎克铰U1与动平台连接，该第一上连杆另一端通过移动副P1与第一下连杆5一端连接，该第一下连杆另一端通过转动副R3与定平台连接；第三支链的第二上连杆6通过转动副R4与连接件8下端相连，该连接件上端与动平台固连，该第二上连杆另一端通过移动副P2与第二下连杆7一端连接，该第二下连杆另一端通过虎克铰U2与定平台连接。上述第一支链中虎克铰U2连接动平台的轴线与第二支链中虎克铰U1连接动平台的轴线重合，并与第三支链中转动副R4的轴线平行，第一支链中虎克铰U3连接定平台的轴线与第三支链中虎克铰U2连接定平台的轴线重合，并与第二支链中转动副R3轴线平行。
实施例4：
如图4所示，第一支链通过虎克铰U3将定平台1与动平台2连接；第二支链的第一上连杆4一端通过虎克铰U1与动平台连接，该第一上连杆另一端通过转动副R6与第一下连杆5一端连接，该第一下连杆另一端通过转动副R3与定平台连接；第三支链的第二上连杆6通过转动副R4与连接件8下端相连，连接件上端与动平台固连，该第二上连杆另一端通过转动副R5与第二下连杆7一端连接，该第二下连杆另一端通过虎克铰U2与定平台连接。上述第一支链中虎克铰U3连接动平台的轴线与第二支链中虎克铰U1连接动平台的轴线重合，并与第三支链中转动副R4、R5轴线平行，第一支链中虎克铰U3连接定平台的轴线与第三支链中虎克铰U2连接定平台的轴线重合，并与第二支链中转动副R6、R3轴线平行。

Claims (4)

1.一种少关节两转动自由度并联机构，它包括定平台、动平台及连接这两个平台的三条支链，其特征在于：所述三条支链中第一支链的中间连杆一端通过转动副与动平台连接，该中间连杆另一端通过转动副与定平台连接；第二支链的第一上连杆一端通过虎克铰与动平台连接，该第一上连杆另一端通过移动副与第一下连杆一端连接，该第一下连杆另一端通过转动副与定平台连接；第三支链的第二上连杆一端通过转动副与动平台连接，该第二上连杆另一端通过移动副与第二下连杆一端连接，该第二下连杆另一端通过虎克铰与定平台连接，上述第一支链中两个转动副轴线相互垂直交错，第一支链连接定平台的转动副轴线平行于第二支链中连接定平台的转动副轴线，并与第三支链中虎克铰连接定平台的轴线重合，第一支链连接动平台的转动副轴线平行于第三支链连接动平台的转动副轴线，并与第二支链中虎克铰连接动平台的轴线重合。
2.根据权利要求1所述的少关节两转动自由度并联机构，其特征在于：所述第二支链的第一上连杆一端通过虎克铰与动平台连接，该第一上连杆另一端通过转动副与第一下连杆一端连接，第三支链的第二上连杆一端通过转动副与动平台连接，该第二上连杆另一端通过转动副与第二下连杆一端连接，第一支链连接定平台的转动副轴线平行于第二支链中两个转动副轴线，第一支链连接动平台的转动副轴线平行于第三支链中两个转动副轴线。
3.一种少关节两转动自由度并联机构，它包括定平台、动平台及连接这两个平台的三条支链，其特征在于：所述三条支链中第一支链通过虎克铰将定平台与动平台连接；第二支链的第一上连杆一端通过虎克铰与动平台连接，该第一上连杆另一端通过移动副与第一下连杆一端连接，该第一下连杆另一端通过转动副与定平台连接；第三支链的第二上连杆通过转动副与连接件下端相连，连接件上端与动平台固连，该第二上连杆另一端通过移动副与第二下连杆一端连接，该第二下连杆另一端通过虎克铰与定平台连接，上述第一支链中虎克铰连接动平台的轴线与第二支链中虎克铰连接动平台的轴线重合，并与第三支链的转动副轴线平行，第一支链中虎克铰连接定平台的轴线与第三支链中虎克铰连接定平台轴线重合，并与第二支链的转动副轴线平行。
4.根据权利要求3所述的少关节两转动自由度并联机构，其特征在于：所述第二支链的第一上连杆一端通过虎克铰与动平台连接，该第一上连杆另一端通过转动副与第一下连杆一端连接，该第一下连杆另一端通过转动副与定平台连接；第三支链的第二上连杆通过转动副与连接件下端相连，该第二上连杆另一端通过转动副与第二下连杆一端连接，上述第一支链中虎克铰连接动平台的轴线与第三支链的两个转动副轴线平行，第一支链中虎克铰连接定平台的轴线与第二支链的两个转动副轴线平行。
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