CN108638028A - 具有2r1t和3r两种运动模式的并联机构 - Google Patents

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Xi'an depsecco measuring equipment Co.,Ltd.
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0072—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics of the hybrid type, i.e. having different kinematics chains

Abstract

本发明公开的具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，包括定平台B1、定平台B2、定平台B3和动平台，定平台B1通过第一支链与动平台连接，定平台B2通过第二支链与动平台连接，定平台B3通过第三支链与动平台连接，从而实现两转动一移动与三转动运动模式的转变，并且不需要重新组装就能实现运动模式的变换，还具有刚度高、精确度高及灵巧性强的特点。

Description

具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构
技术领域
本发明属于机器人领域，涉及一种具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构。
背景技术
并联机器人机构为空间多自由度多环闭链形式。自上世纪八十年代以来，并联机构因其具有刚度高、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点而在虚拟轴机床、微动操作台、运动模拟器以及多维力传感器等行业领域获得广泛应用。并联机构具有2、3、4、5或6个自由度，目前，对6个自由度并联机构的研究较为全面和深入，但并联机构自由度的减少将使得机构结构更为简单，制造和控制成本相对较低，故在满足预期工作要求的情况下，少自由度并联机器人有其独特的优势。
具有多种运动模式的并联机构，也称为具有多种操作模式、位移子群可变、具有运动分岔、或者可重构并联机构，其特征为：较少的驱动副可以实现多种运动模式，且运动模式变换时不需要对机构进行重新组装，因而可以快速实现机构重构，一些此类并联机构在进行运动模式变换时，均需要通过机构的奇异位形。
其中，具有两转动一移动运动模式的并联机构，适合应用于在曲面上工作的操作手，具有刚度高、精确度高、灵巧性强等特点。基于两转动一移动运动模式的并联机构，可在其动平台上串联两个转动副，组成混联5轴加工中心或者医用机器人。基于两转动一移动运动模式的5轴和6轴混联机构可以应用于焊接飞机机身，也可以用于飞机机翼的组装。具有两移动一转动运动模式的并联机构在工业装配机器人、姿态调节器、并联机床、工作台等领域应用比较广泛。具有三转动运动模式的并联机构在实际中有着重要的应用，例如：做机器人的肩关节、腕关节，电子灵敏眼，卫星天线的空间方位跟踪系统等。
发明内容
本发明的目的在于提供具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，能够实现两转动一移动与三转动运动模式的变换，无需重新组装且具有精确度高及灵巧性性强的特点。
本发明所采用的技术方案是：具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，包括定平台和矩形动平台，所述定平台通过第一支链、第二支链及第三支链与动平台连接。
本发明的特点还在于，
第一支链包括与定平台连接的虎克铰U1，虎克铰U1依次连接有第一连杆、移动副P13、第二连杆及虎克铰U2，虎克铰U2与动平台连接。
虎克铰U1与虎克铰U2中相邻的两个转动副平行设置，虎克铰U1中且与定平台连接的转动副的转轴轴线与虎克铰U2中且与动平台连接的转动副的转轴轴线相交。
第二支链包括与定平台连接的转动副R21，转动副R21依次连接有第三连杆、移动副P22、第四连杆、转动副R23、第五连杆及转动副R24，转动副R24与动平台连接。
转动副R23的转轴轴线与转动副R24的转轴轴线夹角为90°。
第三支链包括与定平台连接的球铰S31，球铰S31依次连接有第六连杆、移动副P32、第七连杆及球铰S33，球铰S33与动平台连接。
定平台为一个或三个。
本发明的有益效果是：本发明具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，在运动模式转换过程中会具有瞬时的三转动一移动的运动模式，当控制第一支链中的移动副P13，第二支链中的转动副R21、移动副P22，第三支链中的移动副P32，使得动平台沿Z轴正方向做有限移动后，则具有两转动一移动的运动模式；当控制第一支链中的移动副P13，第二支链中的转动副R21、移动副P22，第三支链中的移动副P32，使得动平台绕通过点C1的与定平台连接的转动副做有限转动后，具有三转动的运动模式。不需要重新组装就能实现两转动一移动和三转动的两种运动模式的变换，并且结构简单、精确度高及灵巧性强。
附图说明
图1是本发明具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构的结构示意图；
图2是本发明具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构具有2R1T运动模式的结构示意图；
图3是本发明具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构具有3R运动模式的结构示意图。
图中：1.第一连杆，2.第二连杆，3.第三连杆，4.第四连杆，5.第五连杆，6.第六连杆，7.第七连杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方法做一个详细的说明。
本发明具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，如图1所示，包括定平台和矩形动平台，定平台通过第一支链、第二支链及第三支链与动平台连接，第一支链与定平台的连接处记为B1，第二支链与定平台的连接处记为B2，第三支链与定平台的连接处记为B3。
第一支链包括与定平台(B1)连接的虎克铰U1，虎克铰U1依次连接有第一连杆1、移动副P13、第二连杆2及虎克铰U2，虎克铰U2与动平台连接，虎克铰U2与动平台的连接处为A1，A1点效果与虎克铰U2中的两个转动副的相交处(C2)等效，虎克铰U1与虎克铰U2中相邻的两个转动副平行设置，虎克铰U1中且与定平台(B1)连接的转动副的转轴轴线与虎克铰U2中且与动平台连接的转动副的转轴轴线相交。
第二支链包括与定平台(B2)连接的转动副R21，转动副R21依次连接有第三连杆3、移动副P22、第四连杆4、转动副R23、第五连杆5及转动副R24，转动副R24与动平台连接，转动副R24与动平台的连接处为A2，转动副R23的转轴轴线与转动副R24的转轴轴线夹角为90°。
第三支链包括与定平台(B3)连接的球铰S31，所述球铰S31依次连接有第六连杆6、移动副P32、第七连杆7及球铰S33，球铰S33与动平台连接，球铰S33与动平台的连接处为A3。
定平台为一个或三个，定平台为三个时，分别包括第一定平台、第二平台和第三定平台，第一定平台与第一支链连接，连接处记为B1，第二平台与第二支链连接，连接处记为B2，第三平台与第三支链连接，连接处记为B3。
本发明具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构的两种运动模式变换的过程具体如下：
如图1所示位形下，虎克铰U2中与动平台连接的转动副的转轴轴线、球铰S33的转轴轴线、转动副R24的转轴轴线及虎克铰U2中与动平台连接的转动副的转轴轴线相交于一点，表示为O点，虎克铰U1中且与定平台(B1)连接的转动副的转轴轴线与所述虎克铰U2中且与动平台连接的转动副的转轴轴线相交处与O点相交；本发明并联机构同时具有两转动一移动和三转动运动模式，此时还具有三转动一移动的运动模式，该运动模式是瞬时的，控制第一支链中的移动副P13，第二支链中的转动副R21、移动副P22，第三支链中的移动副P32，使得图1所示并联机构动平台沿Z轴正方向做有限移动后，第一支链中的虎克铰U1中两个转动副的交点处(C1点)，虎克铰U1中与定平台连接的转动副的转轴轴线不再与动平台上的O点相交，本发明并联机构如图2所示位形，动平台具有3个自由度，动平台具有沿X、Z轴的两个转动自由度，和沿着Z轴的移动自由度，具有两转动一移动的运动模式，当并联机构处于图2所示的运动模式时，控制第一支链中的移动副P13，第二支链中的移动副P22，第三支链中的移动副P32，可以实现对并联机构的控制。
当控制第一支链中的移动副P13，第二支链中的转动副R21、移动副P22，第三支链中的P32，使得图1所示并联机构的动平台绕通过点C1点的且与定平台连接的转动副做有限转动后，图1所示并联机构位形变换成图3所示机构位形，图3所示并联机构，动平台具有3个转动自由度，即机构具有三转动的运动模式。控制第一支链中的移动副P13，第二支链中的转动副R21，第三支链中的移动副P32，可以实现对机构的控制。
本发明具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，在运动模式转换过程中会具有瞬时的三转动一移动的运动模式，当控制第一支链中的移动副P13，第二支链中的转动副R21、移动副P22，第三支链中的移动副P32，使得动平台沿Z轴正方向做有限移动后，则具有两转动一移动的运动模式；当控制第一支链中的移动副P13，第二支链中的转动副R21、移动副P22，第三支链中的移动副P32，使得动平台绕通过点C1的与定平台连接的转动副做有限转动后，具有三转动的运动模式。不需要重新组装就能实现两转动一移动和三转动的两种运动模式的变换，并且结构简单、精确度高及灵巧性强。

Claims (7)

1.具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，其特征在于：包括定平台和矩形动平台，所述定平台通过第一支链、第二支链及第三支链与动平台连接。
2.根据权利要求1所述的具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，其特征在于：所述第一支链包括与定平台连接的虎克铰U1，所述虎克铰U1依次连接有第一连杆(1)、移动副P13、第二连杆(2)及虎克铰U2，所述虎克铰U2与动平台连接。
3.根据权利要求2所述的具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，其特征在于：所述虎克铰U1与虎克铰U2中相邻的两个转动副平行设置，所述虎克铰U1中且与定平台B1连接的转动副的转轴轴线与所述虎克铰U2中且与动平台连接的转动副的转轴轴线相交。
4.根据权利要求1所述的具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，其特征在于：所述第二支链包括与定平台连接的转动副R21，所述转动副R21依次连接有第三连杆(3)、移动副P22、第四连杆(4)、转动副R23、第五连杆(5)及转动副R24，所述转动副R24与动平台连接。
5.根据权利要求4所述的具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，其特征在于：所述转动副R23的转轴轴线与转动副R24的转轴轴线夹角为90°。
6.根据权利要求1所述的具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，其特征在于：所述第三支链包括与定平台连接的球铰S31，所述球铰S31依次连接有第六连杆(6)、移动副P32、第七连杆(7)及球铰S33，所述球铰S33与动平台连接。
7.根据权利要求1所述的具有2R1T和3R两种运动模式的并联机构，其特征在于：所述定平台为一个或三个。
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史巧硕: "《并联机器人机构构型方法研究》", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

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