CN107336219A - 一种具有两移动三转动五自由度的并联机构 - Google Patents

一种具有两移动三转动五自由度的并联机构 Download PDF

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Abstract

本发明要解决的问题是克服背景技术存在的不足，提出了一种新的并联机器人结构，实现工作平台在工作空间内两个移动三个转动的位姿变换，该并联机构应具有克服机构的奇异位形并改善机构运动和力传递性能等优点。该机构的整体结构图如摘要附图所示，由四条支链分布在定平台和动平台之间，包含中央对称转杆2的两条支链在结构上完全一致，包含圆弧滑块的两条支链大致相同，仅滑块的圆弧半径不同，并且这两支链在定平台上运动时，两圆弧滑块不会产生干涉。该两移动三转动五自由度的并联机构在机构上比较简单，易生产加工出来，可应用于五轴联动机床的加工平台、某些重要精密设备的位姿调整、仿真平台等领域。

Description

一种具有两移动三转动五自由度的并联机构
技术领域
本发明设计机器人技术领域，特别涉及一种具有两移动三转动五自由度并联机器人机构。
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，目前对于末端输出六自由度和三自由度的研究居多，但是对于五自由度的并联机构，尤其是一些结构新颖且实用性较强的并联机构却不多。本文提出一种结构新颖的五驱动且末端输出也是五自由度的并联机构，可应用于五轴联动机床的工作台、某些重要精密设备的位姿调整、以及仿真平台领域等。该新颖的五自由度并联机构属于冗余机构，可以很好的克服奇异位形，因此可以避免由奇异点造成的工作空间的限制，增大了机构的应用范围。因此，本文提出了一种结构比较简单但非常新颖、而且易于生产加工的两移动三转动的并联机构。
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，提出了一种新型并联机器人机构，实现工作平台在空间两个移动三个转动的位姿变换，该并联机构应具有克服机构的奇异位形并改善机构的运动和力传递性能等优点。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种五自由度并联机器人机构，该并联机器人机构包括：定平台，中央对称转杆，动平台以及第一条支链4‐1、第二条支4‐2链、第三条支链5‐1、和第四条支链5‐2。其中支链4‐1和支链4‐2结构相似，组成结构相同，我们称之为第一类支链，支链5‐1和支链5‐2完全一致，我们称之为第二类支链。
第一类支链(支链4‐1、4‐2)包括：圆弧滑块，两端均为转动副的连杆，一端为转动副一端为球副的连杆，销。
构成第一类支链的零部件间的连接：两个圆弧滑块嵌套在固定在定平台上的两条同心不同半径的圆弧滑轨上形成圆弧滑轨，可等同于以定平台轴线为转动轴的两个转动副。两端均为转动副的连杆一端和滑块通过销连接形成转动副。一端为转动副另一端为球副的连杆的转动副端与上一个连杆的另一端通过销连接形成转动副。一端为转动副另一端为球副的连杆的球副端分别和分布在动平台对角的两个球副端连接形成两个球副。
第二类支链(支链5‐1、5‐2)包括：中央对称转杆，一端为转动副一端为移动副的连杆，一端为移动副一端为球副的连杆，销。
构成第二类支链的零部件间的连接：中央对称转杆和定平台的轴线共线连接形成转动副，一端为转动副一端为移动副的连杆转动副端分别和中央转杆两端通过销连接形成两个转动副，一端为移动副一端为球副的连杆的移动副端分别和上一个连杆的移动副端连接形成移动副。一端为移动副一端为球副的连杆的球副端和动平台另外对角的两个球副端连接形成两个球副。
五自由度并联机器人机构通过以上两类支链，总共四条支链，四条支链分布在动平台和定平台之间，并同时将动平台和定平台连接起来。其中支链5‐1和支链5‐2成180°对称分布，其结构上完全一致。而支链4‐1和支链4‐2除了各自滑块的滑动半径不同，其它杆件均一致，两条支链在运动上互不干涉。
在本机构中，驱动副为支链4‐1滑块与定平台之间的圆弧移动副，支链4‐2滑块与定平台之间的圆弧移动副，中央对称转杆和定平台之间的转动副，以及支链5‐1和支链5‐2上的连个移动副，总共5个驱动。动平台为末端执行器，当驱动副运动时，动平台做两移动三转动的五自由度运动。
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在结构上比较新颖，比较容易控制驱动使动平台的位姿变换。该机构结构比较简单、易生产加工，减少了机构的奇异位形并改善了机构的运动和力传递性能，可用于五轴联动机床的工作台、某些重要精密设备的位姿调整、仿真平台等领域。
附图说明
图1两移动三转动五自由度并联机器人机构的结构示意图；
图2支链4-1组件的结构示意图；
图3支链4-2组件的结构示意图；
图4支链5-1和支链5-2合成组件的结构示意图；
图5动平台的结构示意图；
图6中央转杆的结构示意图；
图7定平台的结构示意图。
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所示为一种五自由度并联机器人机构，该并联机器人机构包括：定平台1，四条支链(4-1、4-2、5-1、5-2)，中央对称转杆2(已包含在支链5-1和5-2中)，动平台3。四条支链分布在动平台和定平台之间，其中支链5‐1和支链5‐2成180°对称分布，其结构上完全一致。而支链4‐1和支链4‐2除了各自滑块的滑动半径不同，其它杆件均一致，两条支链在运动上互不干涉。
第一类支链(支链4-1、4-2)包括：包括：圆弧滑块(6、10)，两端转动副连杆(7、11)，一端转动副一端球副连杆(8、12)，以及销(9‐1、9‐2、13‐1、13‐2)。
连接方式为：两个圆弧滑块嵌套在固定于定平台上的两条同心不同半径的圆弧滑轨上形成圆弧滑轨，可等同于以定平台轴线为转动轴的两个转动副。两端均为转动副的连杆7和11分别和滑块6和10通过销9‐1和13‐1连接形成转动副，一端为转动副另一端为球副的连杆8和12的转动副端分别和7和11的另一端通过销9‐2和13‐2连接形成转动副。一端为转动副另一端为球副的连杆8和12的球副端分别和分布在动平台3对角的两个球副端连接形成两个球副。
第二类支链(支链5-1、5-2)包括：中央对称转杆2，一端为转动副一端为移动副的连杆(14‐1、15‐1)，一端为移动副一端为球副的连杆(14‐2、15‐2)，以及销(16‐1、16‐2)。
连接方式为：中央对称转杆2和定平台1的轴线共线连接形成转动副，一端为转动副一端为移动副的连杆14‐1和15‐1的转动副端分别和中央转杆2两端通过16‐1和16‐2连接形成两个转动副，一端为移动副一端为球副的连杆14‐2和15‐2的移动副端分别和连杆14‐1和15‐1的移动副端连接形成移动副。一端为移动副一端为球副的连杆14‐2和15‐2的球副端和动平台3另外对角的两个球副端连接形成两个球副。
五自由度并联机器人机构通过以上两类支链，总共4条支链，将动平台和定平台连接起来。其中支链5‐1和支链5‐2成180°对称分布，其结构上完全一致。而支链4‐1和支链4‐2除了各自滑块的滑动半径不同，其它杆件均一致，两条支链在运动上互不干涉。
在本机构中，驱动副为支链4‐1滑块与定平台之间的圆弧移动副，支链4‐2滑块与定平台之间的圆弧移动副，中央对称转杆和定平台之间的转动副，以及支链5‐1和支链5‐2上的连个移动副，总共五个驱动。动平台为末端执行器，当驱动副运动时，动平台做两移动三转动五自由度运动。

Claims (5)

1.一种两平动三转动五自由度并联机器人机构，该并联机器人机构包括：定平台1，四条支链(4‐1、4‐2、5‐1、5‐2)，中央对称转杆2，动平台3。其中支链5‐1和5‐2共用中央对称平台2，成180°分布。支链4‐1和4‐2则在定平台1上沿着各自的圆周滑动，二者互不干涉。
2.根据权利要求1所述的两平动三转动五自由度并联机器人机构，其特征在于，它的第一类支链(支链4‐1、4‐2)包括：圆弧滑块(6、10)，两端转动副连杆(7、11)，一端转动副一端球副连杆(8、12)，以及销(9‐1、9‐2、13‐1、13‐2)。连接方式为：两个圆弧滑块嵌套在固定在定平台上的两条同心不同半径的圆弧滑轨上形成圆弧滑轨，可等同于以定平台旋转轴线为转动轴的两个转动副。两端均为转动副的连杆7和11分别和滑块6和10通过销钉9‐1和13‐1连接形成转动副，一端为转动副另一端为球副的连杆8和12的转动副端分别和7和11的另一端通过销9‐2和13‐2连接形成转动副。一端为转动副另一端为球副的连杆8和12的球副端分别和分布在动平台3对角的两个球副端连接形成两个球副。
3.根据权利要求1所述的两平动三转动五自由度并联机器人机构，其特征在于，它的第二类支链(支链5‐1、5‐2)包括：中央对称转杆2，一端为转动副一端为移动副的连杆(14‐1、15‐1)，一端为移动副一端为球副的连杆(14‐2、15‐2)，以及销(16‐1、16‐2)。连接方式为：中央对称转杆2和定平台1的轴线共线连接形成转动副，一端为转动副一端为移动副的连杆14‐1和15‐1的转动副端分别和中央转杆2两端通过销16‐1和16‐2连接形成两个转动副，一端为移动副一端为球副的连杆14‐2和15‐2的移动副端分别和连杆14‐1和15‐1的另一端连接形成移动副。一端为移动副一端为球副的连杆14‐2和14‐2的球副端和动平台3另外对角的两个球副端连接形成两个球副。
4.根据权利要求1所述的两平动三转动五自由度并联机器人机构，其特征在于，通过以上两类支链，将动平台、定平台连接起来。其中支链5‐1和支链5‐2成180°对称分布，其结构上完全一致。而支链4‐1和支链4‐2除了各自滑块的滑动半径不同，其它杆件均一致，两条支链在运动上互不干涉。
5.根据权利要求1所述的两移动三转动五自由度并联机器人机构，其特征在于，驱动副为支链4‐1滑块与定平台之间的圆弧移动副，支链4‐2滑块与定平台之间的圆弧移动副，中央对称转杆和定平台之间的转动副，以及支链5‐1和支链5‐2上的两个移动副，总共5个驱动。动平台为末端执行器，当驱动副运动时，动平台做两移动三转动的五自由度运动。
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