CN107175654B - 一种具有两转动两移动的结构冗余并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明要解决的技术问题是克服背景技术存在的不足，提出了一种新的结构冗余的并联机器人机构，实现工作平台在空间两个转动和两个平动的位姿变换，该并联机构应具有克服机构的奇异位形并改善机构的力传递性能等优点。该机构的整体结构图如摘要附图所示，由四条支链依次成90°排布而成。这四条支链实质上可以分为两类，这两类支链两两对称分布，在运动副的排布上，互处于对位的两条支链在结构上完全一致。该结构冗余的两转动两平动的并联机构在结构上相对简单、易生产加工，可应用于机床复杂曲面加工、材料搬运、仿真平台等领域。

Description

一种具有两转动两移动的结构冗余并联机构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种有两转动两移动自由度的结构冗余并联机器人机构。

背景技术

并联机构具有高刚度、高精度及大承载能力的优点，目前对于并联机构构型已有较多的研究，对于大多数少自由度并联机构，以6自由度和3自由度居多，而具有空间两转动两移动自由度的并联机构则较少。本文提出一种新的4自由度并联机构，可应用于机床复杂曲面加工、材料搬运、仿真平台等领域。现有的两转动两移动并联机构多是非冗余的，无法很好的克服奇异位型，因此工作空间受到了分割，从而限制了机构的应用。因此，本发明提出了一种结构相对简单、易生产加工的两转动两移动的结构冗余并联机构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服背景技术存在的不足，提出了一种新的结构冗余的并联机器人机构，实现工作平台在空间两个转动和两个平动的位姿变换，该并联机构应具有克服机构的奇异位形并改善机构的力传递性能等优点。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种结构冗余的四自由度并联机器人机构，该并联机器人机构包括：定平台，中央平台，动平台以及两条第一类支链，两条第二类支链

第一类支链中的一条包括：第一、第二滑块，球副杆，连架杆，第一销。

构成第一类支链的零部件间的连接：两个滑块嵌套在连架杆中形成移动副，远离圆柱端的第一滑块与球副杆的分叉连接形成转动副，球副杆的球头端则通过球副与动平台相连接；第二滑块与中央平台四个对称分叉中的一个连接形成转动副，连架杆的圆柱端与定平台通过第一销连接形成转动副；

第一类支链中的另一条支链与支链的组成以及与定平台、中央平台和动平台的连接方式一样，且关于定平台对称分布；

它的第二类支链中的一条支链包括：滑块，球副滑杆，连架杆，第二销，十字销和连杆；连接方式为：第三滑块与连架杆形成移动副相对滑动，并与中央平台的另一分叉连接形成转动副；连架杆一端通过十字销与连杆连接形成虎克铰，球副杆与连杆形成沿杆长方向的移动副；球副杆的球头部分与动平台通过球副连接；连架杆的圆柱端通过第二销与定平台连接，形成转动副。

通过第一、第二类支链，总共4条支链，将动平台、中央平台、定平台依次连接起来；同一类支链两两对称分布，在运动副的排布上，互处于对位的两条支链在结构上完全一致；中央平台与定平台通过移动副连接。

各支链与动平台相近端的移动副为驱动副，以及中央平台与定平台相连接所形成的移动副也为驱动副，总共5个驱动，动平台作为末端执行器，当驱动副运动时，动平台作两转动两移动的4自由度运动。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

本发明提出的并联机构可以执行空间两转动两移动运动，该机构结构相对简单、易生产加工，减少了机构的奇异位形并改善了机构的力传递性能，可用于复杂曲面加工、材料搬运、运动模拟等领域。

附图说明

图1结构冗余的四自由度并联机器人机构的结构示意图；

图2第一类支链组件的结构示意图；

图3第二类支链组件的结构示意图；

图4动平台的结构示意图；

图5中央平台的结构示意图；

图6定平台的结构示意图；

图中：定平台(1)，中间平台(2)，动平台(3)，第一类支链(4-1、4-2)，第二类支链(5-1、5-2)，连架杆(6)，第一、第二销(7-1、7-2)，第一、第二和第三滑块(8-1、8-2、8-3)，球副杆(9)，连杆(10)，球副杆(11)，连架杆(12)，十字销(13)。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的方案做进一步说明。

如图1所示，该并联机器人机构包括：定平台(1)，第一类支链(4-1、4-2)，第二类支链(5-1、5-2)，中央平台(2)，动平台(3)；四条支链依次间隔90°均匀分布在动平台和定平台之间；如图2所示，第一类支链中的一条支链(4-1)包括：第一、第二滑块(8-1、8-2)，球副杆(9)，连架杆(6)和第一销(7-1)；连接方式为：两个滑块嵌套在连架杆中形成移动副，远离圆柱端的第一滑块(8-1)与球副杆(9)的分叉连接形成转动副，球副杆的球头端则通过球副与动平台(3)相连接；第二滑块(8-2)与中央平台(2)四个对称分叉中的一个连接形成转动副，连架杆(6)的圆柱端与定平台(1)通过第一销(7-1)连接形成转动副；

第一类支链中的另一条支链(4-2)与支链(4-1)的组成以及与定平台(1)、中央平台(2)和动平台(3)的连接方式一样，且关于定平台(1)对称分布；

如图3所示，第二类支链中的一条支链(5-1)包括：滑块(8-3)，球副滑杆(11)，连架杆(12)，第二销(7-2)，十字销(13)和连杆(10)；连接方式为：第三滑块(8-3)与连架杆(12)形成移动副相对滑动，并与中央平台(2)的另一分叉连接形成转动副；连架杆(12)一端通过十字销(13)与连杆(10)连接形成虎克铰，球副杆(11)与连杆(10)形成沿杆长方向的移动副；球副杆(11)的球头部分与动平台(3)通过球副连接；连架杆(12)的圆柱端通过第二销(7-2)与定平台(1)连接，形成转动副；

第二类支链中的另一条支链(5-2)与支链(5-1)的组成以及与定平台(1)、中央平台(2)和动平台(3)的连接方式一样，且关于定平台(1)对称分布；

通过第一、第二类支链(4-1、4-2、5-1、5-2)，总共4条支链，将动平台、中央平台、定平台依次连接起来；同一类支链两两对称分布，在运动副的排布上，互处于对位的两条支链在结构上完全一致；中央平台(2)与定平台(1)通过移动副连接。

各支链与动平台(3)相近端的移动副为驱动副，以及中央平台(2)与定平台(1)相连接所形成的移动副也为驱动副，总共5个驱动，动平台作为末端执行器，当驱动副运动时，动平台作两转动两移动的4自由度运动。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

本发明提出的并联机构可以执行空间两转动两移动运动，该机构结构相对简单、易生产加工，减少了机构的奇异位形并改善了机构的力传递性能，可用于复杂曲面加工、材料搬运、运动模拟等领域。

Claims (3)

1.一种结构冗余的两平动两转动四自由度并联机器人机构，该并联机器人机构包括：定平台(1)，第一类支链(4-1、4-2)，第二类支链(5-1、5-2)，中央平台(2)，动平台(3)；四条支链依次间隔90°均匀分布在动平台和定平台之间；第一类支链中的一条支链(4-1)包括：第一滑块(8-1)、第二滑块(8-2)、球副杆(9)、第一连架杆(6)和第一销(7-1)；连接方式为：两个滑块嵌套在第一连架杆中形成移动副，远离圆柱端的第一滑块(8-1)与球副杆(9)的分叉连接形成转动副，球副杆的球头端则通过球副与动平台(3)相连接；第二滑块(8-2)与中央平台(2)四个对称分叉中的一个连接形成转动副，第一连架杆(6)的圆柱端与定平台(1)通过第一销(7-1)连接形成转动副；

第一类支链中的另一条支链(4-2)与第一类支链中的上述一条支链(4-1)的组成以及与定平台(1)、中央平台(2)和动平台(3)的连接方式一样，且两条支链关于定平台(1)对称分布；

第二类支链中的一条支链(5-1)包括：第三滑块(8-3)、球副滑杆(11)、第二连架杆(12)、第二销(7-2)、十字销(13)和连杆(10)；连接方式为：第三滑块(8-3)与第二连架杆(12)形成移动副相对滑动，并与中央平台(2)的另一分叉连接形成转动副；第二连架杆(12)一端通过十字销(13)与连杆(10)连接形成虎克铰，球副滑杆(11)与连杆(10)形成沿杆长方向的移动副；球副滑杆(11)的球头部分与动平台(3)通过球副连接；第二连架杆(12)的圆柱端通过第二销(7-2)与定平台(1)连接，形成转动副；

第二类支链中的另一条支链(5-2)与第二类支链中的上述一条支链(5-1)的组成以及与定平台(1)、中央平台(2)和动平台(3)的连接方式一样，且两条支链关于定平台(1)对称分布；

2.根据权利要求1所述的结构冗余的两平动两转动四自由度并联机器人机构，其特征在于，通过第一、第二类支链(4-1、4-2、5-1、5-2)，总共4条支链，将动平台、中央平台、定平台依次连接起来；同一类支链两两对称分布，在运动副的排布上，互处于对位的两条支链在结构上完全一致；中央平台(2)与定平台(1)通过移动副连接。

3.根据权利要求1所述的结构冗余的两平动两转动四自由度并联机器人机构，其特征在于，各支链与动平台(3)相近端的移动副为驱动副，以及中央平台(2)与定平台(1)相连接所形成的移动副也为驱动副，总共5个驱动，动平台作为末端执行器，当驱动副运动时，动平台作两平动两转动的4自由度运动。

Images