CN107263448B - 一种非对称三平移空间并联机构操作手 - Google Patents

Abstract

一种非对称三平移空间并联机构操作手，包括静平台(0)、动平台(1)及复杂支链I和复杂支链II，复杂支链I包含一个由4个转动副(R_e，R_h，R_g，R_f)组成的平行四边形一，其转动副一(R₃₃)、转动副二(R₃₂)、转动副三(R₃₁)的轴线须平行；复杂支链II由一个子并联机构的子动平台(b)串联两个平行轴线的转动副四(R₁₂)、转动副五(R₁₃)构成；而子并联机构包含一个含4个球副(S_a，S_b，S_c，S_d)的平行四边形二，驱动杆二(3)的另一端用转动副六(R₁₁)与静平台(0)连接；驱动杆三(4)的一端与静平台(0)用转动副七(R₂₁)连接，其另一端用转动副八(R₂₂)与构件一(9)的一端连接，而构件一的另一端与子动平台(b)用转动副九(R₂₃)连接。

Description

一种非对称三平移空间并联机构操作手

技术领域

本发明涉及一种非对称三平移空间并联机构操作手，为机器人执行器等提供一个新的三平移并联操作手。

背景技术

并联结构的操作手已得到了工业应用，特别是实现空间三平移功能的Delta操作手，已在高速抓放、定位装配、搬运、分拣、上下料等工艺上发挥了很好的作用，其代表机构有：1)Delta机构：由球副和R副组成，实际操作空间较小；2)Maryland机构：由R副组成，精度较高，制造易，但存在虚约束；3)3-RRC机构：机构结构较为简单，但机构存在虚约束；4)基于双虎克铰的三平移机构：3-RTT、3-TPT角台和3-UPU平台机构。

但是，上述三平移机构操作手存在两大问题：1)机构耦合度不为零，即k≥1，其位置正解一般不能得到解析解而只能得到数值解；2)不具有输入-输出运动解耦特性，因此，控制及轨迹规划等方面较为复杂。

因此，要提出新的、结构简单的三平移并联机构操作手。

发明内容

本发明的目的是要克服现有技术的不足，提供一个新的三平移并联机构操作手，它具有刚性好、结构简单、输入-输出运动部分解耦、耦合度为零、运动学正解具有解析式等优点。

本发明的技术方案是，一种非对称三平移空间并联机构操作手，包括静平台0、动平台1以及连接静平台0、动平台1的复杂支链I和复杂支链II，其特征在于，复杂支链I包含一个由4个转动副R_e，R_h，R_g，R_f组成的平行四边形一，平行四边形一的上短边用转动副一R₃₃连接动平台1，上短边对边的下短边用转动副二R₃₂连接驱动杆一2的一端，驱动杆一2的另一端用转动副三R₃₁连接静平台0，且转动副一R₃₃、转动副二R₃₂、转动副三R₃₁的轴线相互平行；复杂支链II由一个子并联机构的子动平台b串联转动副四R₁₂、转动副五R₁₃构成，所述转动副四R₁₂的轴线与转动副五R₁₃的轴线平行，且垂直于动平台1平面；而子并联机构包含一个由4个球副S_a，S_b，S_c，S_d组成的平行四边形二，驱动杆二3的一端直接与平行四边形二的下短边杆a固定连接，驱动杆二3的另一端用转动副六R₁₁与静平台0连接；驱动杆三4的一端与静平台0用转动副七R₂₁连接，驱动杆三4的另一端用转动副八R₂₂与构件一9的一端连接，而构件一9的另一端与子动平台b的延长端用转动副九R₂₃连接，且转动副七R₂₁、转动副八R₂₂与转动副九R₂₃的轴线平行；转动副四R₁₂的轴线与转动副九R₂₃的轴线垂直；静平台0上转动副六R₁₁的轴线与转动副三R₃₁的轴线不平行，但与转动副七R₂₁的轴线垂直。

所述的复杂支链II中的平行四边形二的下短边杆a两端的两个球副S_a-S_b整体或子动平台b两端的两个球副S_d-S_c整体，可分别用轴线垂直于平行四边形二所在平面的两个转动副，及轴线与两个转动副连线重合的一个转动副的等效结构替代；其静平台0上的三个转动副，也可用移动副替代。

附图说明

附图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。

图1所示的并联机构可为本发明的实施例，其技术方案是这样的：一种非对称三平移空间并联机构操作手，包括静平台0、动平台1以及连接静平台0、动平台1的复杂支链I和复杂支链II，复杂支链I包含一个由4个转动副R_e，R_h，R_g，R_f组成的平行四边形一，平行四边形一的上短边用转动副一R₃₃连接动平台1，上短边对边的下短边用转动副二R₃₂连接驱动杆一2的一端，驱动杆一2的另一端用转动副三R₃₁连接静平台0，且转动副一R₃₃、转动副二R₃₂、转动副三R₃₁的轴线相互平行；复杂支链II由一个子并联机构的子动平台b串联转动副四R₁₂、转动副五R₁₃构成，所述转动副四R₁₂的轴线与转动副五R₁₃的轴线平行，且垂直于动平台1平面；而子并联机构包含一个由4个球副S_a，S_b，S_c，S_d组成的平行四边形二，驱动杆二3的一端直接与平行四边形二的下短边杆a固定连接，驱动杆二3的另一端用转动副六R₁₁与静平台0连接；驱动杆三4的一端与静平台0用转动副七R₂₁连接，驱动杆三4的另一端用转动副八R₂₂与构件一9的一端连接，而构件一9的另一端与子动平台b的延长端用转动副九R₂₃连接，且转动副七R₂₁、转动副八R₂₂与转动副九R₂₃的轴线平行；转动副四R₁₂的轴线与转动副九R₂₃的轴线垂直；静平台0上转动副六R₁₁的轴线与转动副三R₃₁的轴线不平行，但与转动副七R₂₁的轴线垂直。

当静平台0上的三个转动副R₃₁、R₁₁、R₂₁驱动时，动平台1可产生沿x、y、z向的平移，并且沿z、x向的平移量仅由转动副六R₁₁、转动副七R₂₁决定，因此，该具有输入-输出运动部分解耦性；同时，已证明该机构的耦合度为零，因此，机构位置正解容易得到其解析式。

所述的复杂支链II中的平行四边形二的下短边杆a两端的两个球副S_a-S_b整体或子动平台b两端的两个球副S_d-S_c整体，可分别用轴线垂直于平行四边形二所在平面的两个转动副，及轴线与两个转动副连线重合的一个转动副的等效结构替代；其静平台0上的三个转动副，也可用移动副替代。

这类三平移并联机构操作手，结构简单，制造、装配容易，制造使用成本低。

Claims (2)

1.一种非对称三平移空间并联机构操作手，包括静平台(0)、动平台(1)以及连接静平台(0)、动平台(1)的复杂支链I和复杂支链II，其特征在于，复杂支链I包含一个由4个转动副(R_e，R_h，R_g，R_f)组成的平行四边形一，平行四边形一的上短边用转动副一(R₃₃)连接动平台(1)，上短边对边的下短边用转动副二(R₃₂)连接驱动杆一(2)的一端，驱动杆一(2)的另一端用转动副三(R₃₁)连接静平台(0)，且转动副一(R₃₃)、转动副二(R₃₂)、转动副三(R₃₁)的轴线相互平行；复杂支链II由一个子并联机构的子动平台(b)串联转动副四(R₁₂)、转动副五(R₁₃)构成，所述转动副四(R₁₂)的轴线与转动副五(R₁₃)的轴线平行，且垂直于动平台(1)平面；而子并联机构包含一个由4个球副(S_a，S_b，S_c，S_d)组成的平行四边形二，驱动杆二(3)的一端直接与平行四边形二的下短边杆(a)固定连接，驱动杆二(3)的另一端用转动副六(R₁₁)与静平台(0)连接；驱动杆三(4)的一端与静平台(0)用转动副七(R₂₁)连接，驱动杆三(4)的另一端用转动副八(R₂₂)与构件一(9)的一端连接，而构件一(9)的另一端与子动平台(b)的延长端用转动副九(R₂₃)连接，且转动副七(R₂₁)、转动副八(R₂₂)与转动副九(R₂₃)的轴线平行；转动副四(R₁₂)的轴线与转动副九(R₂₃)的轴线垂直；静平台(0)上转动副六(R₁₁)的轴线与转动副三(R₃₁)的轴线不平行，但与转动副七(R₂₁)的轴线垂直。

2.按权利要求1所述的一种非对称三平移空间并联机构操作手，所述的复杂支链II中的平行四边形二的下短边杆(a)两端的两个球副(S_a-S_b)整体或子动平台(b)两端的两个球副(S_d-S_c)整体，可分别用轴线垂直于平行四边形二所在平面的两个转动副，及轴线与两个转动副连线重合的一个转动副的等效结构替代；其静平台(0)上的三个转动副，也可用移动副替代。

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