CN107932487A - 一种滑块式多级耦合并联机构 - Google Patents

Abstract

一种滑块式多级耦合并联机构，它包括定平台、动平台、耦合平台以及分别连接定平台、耦合平台、动平台的沿圆周均布的三条支链，其中连接定平台和耦合平台的三条支链中的第一主动杆与定平台和第一从动杆的一端连接，该第一从动杆的另一端与耦合平台的下表面连接，第一连杆与第一从动杆的中部和设在耦合平台上的滑块的下表面连接；连接耦合平台和动平台的三条支链中的第二主动杆与耦合平台上表面和第二从动杆一端连接，该第二从动杆的另一端与动平台的下表面连接，第二连杆与第二主动杆的中部和上述滑块的上表面连接。本发明增大了单一或多级耦合并联机构的伸缩比，并增大了工作空间，减少了驱动单元的数量，有利于工作中的控制，提高了机构的刚度。

Description

一种滑块式多级耦合并联机构

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种并联机构。

背景技术

并联机构虽然具有刚度大、精度高、动态性能好等优点，但由于受运动副、支链干涉，空间奇异的影响，使得并联机构工作空间较小这一共性缺点制约了并联机构的应用水平。很多学者尝试采用多个并联机构之间通过共用平台进行简单串联的办法,即混联的方法，意在解决既保留并联机构优点同时又能弥补工作空间不足的问题。这种方式在理论上确实对并联机构的工作空间有明显改善的作用，但由于这种连接方式需要在每一级并联平台安装动力单元，使得每一级机构需要承担以下各级的自重以外，还需承担这些机构动力单元的重量，突显了类似于串联机构各关节逐级增大的弊端，整体增大了机构的体积，实用性有待进一步证实。因此这样的机构在工程应用中并不常见。此外，并联机构的运动空间还受到运动副自身的工作空间的限制，如球副的工作空间十分有限，使得实际应用中机构的工作空间距离理论工作空间又很大的差距。

经对现有技术的文献检索发现，专利号为CN20170155118.5、名称：一种基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人的中国专利公开了一种将多个RSR并联机构进行串联的混联机构。末端执行器相对于定平台具有两转动一移动运动的叠加，运动方式多样，长度可调，身体粗细可变等特点。然而，多数的混联机构都存在下级驱动成为上级驱动负载从而大大降低了机构动态特性的问题，同时又增大了上级驱动体积，多级串联后，结构变得十分臃肿，失去了实用的意义。而且，随着混联机构中并联关节数的增加，运动学正反解难度越来越大，驱动也变的十分困难。

发明内容

为解决的问题并联机构工作空间不足、混联机构中后一级机构的驱动成为前一级机构驱动的负载造成的体积庞大的缺点，以及多级混联机构受限于运动学正反解困难导致的实际控制较难的问题，本发明提供一种滑块式多级耦合并联机构。

本发明包括定平台、动平台、耦合平台以及分别连接定平台、耦合平台、动平台的沿圆周均布的三条支链，其连接方式有两种：

第一种连接方式：

连接定平台和耦合平台的三条结构相同的支链包括第一主动杆、第一球碗、第一从动杆和第一连杆，其中第一主动杆的一端通过转动副与定平台连接，该第一主动杆的另一端设有通过转动副连接的第一球碗，并通过球面副与第一从动杆的一端连接，该第一从动杆的另一端通过转动副与耦合平台的下表面连接，耦合平台上设有三个均布的滑槽，滑槽中均设有滑块，第一连杆的一端通过转动副与第一从动杆的中部连接，该第一连杆的另一端通过转动副与滑块的下表面连接；

连接耦合平台和动平台的三条结构相同的支链包括第二主动杆、第二球碗、第二从动杆和第二连杆，其中第二主动杆的一端通过转动副与耦合平台上表面连接，第二主动杆的另一端设有通过转动副连接的第二球碗，并通过球面副与第二从动杆的一端连接，该第二从动杆的另一端通过转动副与动平台的下表面连接，第二连杆的一端通过转动副与第二主动杆的中部连接，该第二连杆的另一端通过转动副与上述滑块的上表面连接；

前一级机构的动平台与后一级机构的定平台为同一耦合平台，相邻两级机构中支链相位排布相同，前一级机构的从动杆与后一级机构的主动杆通过所述对称的共滑块曲柄滑块机构耦合传动；以此耦合方式，并联机构可以以任意级数耦合并联下去；机构具有两转动一移动自由度的多级叠加；

第二种连接方式：

连接定平台、耦合平台和动平台的三条支链中，有两条结构相同，其部件和连接方式与第一种连接方式的支链相同，另一条支链中的第一主动杆的一端通过转动副与定平台连接，其另一端通过转动副与第一从动杆的一端连接，该第一从动杆的另一端通过转动副与耦合平台的下表面连接，第一连杆的一端通过转动副与第一从动杆的中部连接，该第一连杆的另一端通过转动副与设在滑槽中滑块的下表面连接；第二主动杆的一端与耦合平台上表面连接，第二主动杆的另一端设有通过转动副与第二从动杆的一端连接，该第二从动杆的另一端通过转动副与动平台的下表面连接，第二连杆的一端通过转动副与第二主动杆的中部连接，该第二连杆的另一端通过转动副与上述滑块的上表面连接；

前一级机构的动平台与后一级机构的定平台为同一耦合平台，相邻两级机构中支链相位排布相同，前一级机构的从动杆与后一级机构的主动杆通过所述对称的共滑块曲柄滑块机构耦合传动；以此耦合方式，并联机构可以以任意级数耦合并联下去；机构具有一转动一移动自由度的多级叠加。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、通过相邻两级并联机构同相位支链增加关于耦合平台对称的耦合运动关系，使得前一级机构输出角定量传递给后一级机构作为输入角，依照此方法在多级并联机构间增加相同的耦合运动关系，使得运动逐级传动，工作空间逐级放大，通过一定级数并联机构的耦合，即可实现类似串联机械臂的效果。

2、通过对支链球副增加局部自由度，增大了单一或多级耦合并联机构的伸缩比；由于机构之间存在耦合关系，大大减少了驱动单元的数量，以及免去了很多布线方面的麻烦；当各级并联机构尺寸相同时，运动学正反解变得极为简单，十分有利于工程实际中的控制工作。同时通过增加曲柄滑块机构，提高了机构的刚度。

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偏转状态示意图。

图3是本发明实施例1收缩状态示意图。

图4是本发明实施例2的立体示意简图。

图5是本发明实施例2偏转状态示意图。

图6是本发明实施例2收缩状态示意图。

图中：1.定平台、2.耦合平台、3.动平台、4.第一主动杆、5.第一球碗、6.第一从动杆、7.第一连杆，8.滑块、9.第二主动杆、10.第二球碗、11.第二从动杆、12.第二连杆。

具体实施方式

实施例1

在图1、图2、图3所示的滑块式多级耦合并联机构示意图中，连接定平台1和耦合平台2的三条结构相同的支链中的第一主动杆4的一端通过转动副与定平台连接，该第一主动杆的另一端设有通过转动副连接的第一球碗5，并通过球面副与第一从动杆6的一端连接，该第一从动杆的另一端通过转动副与耦合平台的下表面连接，耦合平台上设有三个均布的滑槽，滑槽中均设有滑块8，第一连杆7的一端通过转动副与第一从动杆的中部连接，该第一连杆的另一端通过转动副与滑块的下表面连接；

连接耦合平台和动平台3的三条结构相同的支链中的第二主动杆9的一端通过转动副与耦合平台上表面连接，第二主动杆的另一端设有通过转动副连接的第二球碗10，并通过球面副与第二从动杆11的一端连接，该第二从动杆的另一端通过转动副与动平台的下表面连接，第二连杆12的一端通过转动副与第二主动杆的中部连接，该第二连杆的另一端通过转动副与上述滑块的上表面连接；

连接球碗的转动副的转动轴线经过球面副回转中心，连接第一主动杆和定平台的三个转动副的轴线共面，连接第一从动杆和耦合平台的三个转动副的轴线共面，连接第二主动杆和耦合平台的三个转动副的轴线共面，连接第二从动杆和动平台的三个转动副的轴线共面。

前一级机构的动平台与后一级机构的定平台为同一耦合平台，相邻两级机构中支链相位排布相同，前一级机构的从动杆与后一级机构的主动杆通过所述对称的共滑块曲柄滑块机构耦合传动；以此耦合方式，并联机构可以以任意级数耦合并联下去；机构具有两转动一移动自由度的多级叠加。

实施例2

如图4、图5和图6所示，连接定平台1、耦合平台2和动平台3的三条支链中，有两条结构相同，其部件和连接方式与实施例1的支链的连接方式相同，另一条支链中的第一主动杆4的一端通过转动副与定平台连接，其另一端通过转动副与第一从动杆6的一端连接，该第一从动杆的另一端通过转动副与耦合平台的下表面连接，第一连杆7的一端通过转动副与第一从动杆的中部连接，该第一连杆的另一端通过转动副与设在滑槽中滑块8的下表面连接；第二主动杆9的一端与耦合平台上表面连接，第二主动杆的另一端设有通过转动副与第二从动杆11的一端连接，该第二从动杆的另一端通过转动副与动平台的下表面连接，第二连杆12的一端通过转动副与第二主动杆的中部连接，该第二连杆的另一端通过转动副与上述滑块的上表面连接；

连接第一主动杆和定平台的三个转动副的轴线共面，连接第一从动杆和耦合平台的三个转动副的轴线共面，连接第二主动杆和耦合平台的三个转动副的轴线共面，连接第二从动杆和动平台的三个转动副的轴线共面。

前一级机构的动平台与后一级机构的定平台为同一耦合平台，相邻两级机构中支链相位排布相同，前一级机构的从动杆与后一级机构的主动杆通过所述对称的共滑块曲柄滑块机构耦合传动；以此耦合方式，并联机构可以以任意级数耦合并联下去；机构具有一转动一移动自由度的多级叠加。

Claims (2)

1.一种滑块式多级耦合并联机构，其包括定平台、动平台、耦合平台以及分别连接定平台、耦合平台、动平台的沿圆周均布的三条支链，其特征在于：连接定平台和耦合平台的三条结构相同的支链包括第一主动杆、第一球碗、第一从动杆和第一连杆，其中第一主动杆的一端通过转动副与定平台连接，该第一主动杆的另一端设有通过转动副连接的第一球碗，并通过球面副与第一从动杆的一端连接，该第一从动杆的另一端通过转动副与耦合平台的下表面连接，耦合平台上设有三个均布的滑槽，滑槽中均设有滑块，第一连杆的一端通过转动副与第一从动杆的中部连接，该第一连杆的另一端通过转动副与滑块的下表面连接；

连接耦合平台和动平台的三条结构相同的支链包括第二主动杆、第二球碗、第二从动杆和第二连杆，其中第二主动杆的一端通过转动副与耦合平台上表面连接，第二主动杆的另一端设有通过转动副连接的第二球碗，并通过球面副与第二从动杆的一端连接，该第二从动杆的另一端通过转动副与动平台的下表面连接，第二连杆的一端通过转动副与第二主动杆的中部连接，该第二连杆的另一端通过转动副与上述滑块的上表面连接；

前一级机构的动平台与后一级机构的定平台为同一耦合平台，相邻两级机构中支链相位排布相同，前一级机构的从动杆与后一级机构的主动杆通过所述对称的共滑块曲柄滑块机构耦合传动；以此耦合方式，并联机构可以以任意级数耦合并联下去；机构具有两转动一移动自由度的多级叠加。

2.根据权利要求1所述的滑块式多级耦合并联机构，其特征在于：连接定平台、耦合平台和动平台的三条支链中，有一条支链中的第一主动杆的一端通过转动副与定平台连接，其另一端通过转动副与第一从动杆的一端连接，该第一从动杆的另一端通过转动副与耦合平台的下表面连接，第一连杆的一端通过转动副与第一从动杆的中部连接，该第一连杆的另一端通过转动副与设在滑槽中滑块的下表面连接；第二主动杆的一端与耦合平台上表面连接，第二主动杆的另一端设有通过转动副与第二从动杆的一端连接，该第二从动杆的另一端通过转动副与动平台的下表面连接，第二连杆的一端通过转动副与第二主动杆的中部连接，该第二连杆的另一端通过转动副与上述滑块的上表面连接；

前一级机构的动平台与后一级机构的定平台为同一耦合平台，相邻两级机构中支链相位排布相同，前一级机构的从动杆与后一级机构的主动杆通过所述对称的共滑块曲柄滑块机构耦合传动；以此耦合方式，并联机构可以以任意级数耦合并联下去；机构具有一转动一移动自由度的多级叠加。