CN108638031B - 具有2t1r和3t两种运动模式的并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的具有2T1R和3T两种运动模式的并联机构，包括三角形的动平台和定平台，动平台分别通过第一支链、第二支链及第三支链与定平台连接，从而实现两移动一转动与三移动运动模式的转变，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2T1R和3T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2T1R和3T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。具有多种运动模式的并联机构使用较少的驱动可实现多种运动模式，以较少的成本可以提升机器适应实际工业生产中的多样的需求。
目前实现两移动一转动与三移动运动模式转变的并联机构较少。这类新型并联机构在工业生产中的装配、抓取等方面具有一定的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供具有2T1R和3T两种运动模式的并联机构，能够实现两移动一转动与三移动运动模式的转变，具有刚度高、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2T1R和3T两种运动模式的并联机构，包括三角形动平台和定平台，动平台分别通过第一支链、第二支链及第三支链与定平台连接。
本发明的特点还在于，
第一支链包括与定平台连接的第一连杆，第一连杆依次连接有移动副P11、第二连杆、转动副R11、第三连杆、转动副R12、第四连杆、转动副R13，转动副R13与动平台连接。
移动副P11、转动副R11的转动轴线、转动副R12的转动轴线及转动副R13的转动轴线均垂直于水平面设置。
移动副P11和转动副R11上均连接有驱动电机。
第二支链包括与定平台连接的虎克铰U22，虎克铰U22依次连接有第六连杆、移动副P21、第五连杆及虎克铰U21，虎克铰U21与动平台连接。
虎克铰U21中与动平台连接的转动副的转动轴线与虎克铰U22中与定平台连接的转动副的转动轴线水平设置且相互平行，虎克铰U21与虎克铰U22中相邻的两个转动副的转动轴线平行设置。
移动副P21连接有驱动电机。
第三支链包括与定平台连接的球副S32，球副S32依次连接有第八连杆、移动副P31、第七连杆及球副S31，球副S31与动平台连接。
移动副P31连接有驱动电机。
定平台为一个或三个。
本发明的有益效果是：本发明具有2T1R和3T两种运动模式的并联机构，不需要重新组装就能实现两移动一转动与三移动运动模式的变换，并且具有刚度高、精确度高及灵巧性强的特点。
附图说明
图1是本发明具有2T1R和3T两种运动模式的并联机构的运动模式变换位形的结构示意图；
图2是本发明具有2T1R和3T两种运动模式的并联机构的具有2T1R运动模式的结构示意图；
图3是本发明具有2T1R和3T两种运动模式的并联机构的具有3T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，8.第八连杆，9.动平台，10.定平台。
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2T1R和3T两种运动模式的并联机构，如图1所示，包括三角形动平台9和定平台10，动平台9分别通过第一支链、第二支链及第三支链与定平台10连接，建立互相垂直的三个坐标轴，分别为x轴、y轴和z轴，x轴和y轴水平设置，z轴垂直于水平面设置，第一支链与定平台10的连接处记为B1，第二支链与定平台10的连接处记为B2，第三支链与定平台10的连接处记为B3，即定平台为(B1B2B3)；第一支链与动平台9的连接处记为A1，第二支链与动平台9的连接处记为A2，第三支链与动平台9的连接处记为A3。
第一支链包括与定平台10(B1)连接的第一连杆1，第一连杆1依次连接有移动副P11、第二连杆2、转动副R11、第三连杆3、转动副R12、第四连杆4、转动副R13，转动副R13与动平台9连接；移动副P11、转动副R11的转动轴线、转动副R12的转动轴线及转动副R13的转动轴线均垂直于水平面设置，即沿z轴方向设置，移动副P11和转动副R11上均连接有驱动电机，驱动电机用于驱动移动副P11的移动及驱动转动副R11。
第二支链包括与定平台10(B2)连接的虎克铰U22，虎克铰U22依次连接有第六连杆6、移动副P21、第五连杆5及虎克铰U21，虎克铰U21与动平台9连接；图1所示机构位形下，虎克铰U21中与动平台9连接的转动副的转动轴线与虎克铰U22中与定平台10连接的转动副的转动轴线水平设置且相互平行，即虎克铰U21中与动平台9连接的转动副的转动轴线与虎克铰U22中与定平台10连接的转动副的转动轴线沿x轴方向设置，虎克铰U21与虎克铰U22中相邻的两个转动副的转动轴线平行设置且垂直于水平面设置，即沿z轴方向设置，移动副P21连接有驱动电机，驱动电机用于驱动移动副P21进行移动。
第三支链包括与定平台10(B3)连接的球副S32，球副S32依次连接有第八连杆8、移动副P31、第七连杆7及球副S31，球副S31与动平台9连接，移动副P31连接有驱动电机，驱动电机用于驱动移动副P31进行移动，图1位形下移动副P31的方向与x轴、y轴和z轴均不平行。
定平台10为一个或三个，定平台9为三个时，定平台9包括第一定平台、第二定平台及第三定平台，第一定平台与第一支链连接，连接处记为B1，第二定平台与第二支链连接，连接处记为B2，第三定平台与第三支链连接，连接处记为B3。
本发明具有2T1R和3T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所示机构位形下，本发明并联机构具有3T1R瞬时运动模式，当控制第一支链中的移动副P11移动和转动副R11转动，第二支链中的移动副P21移动，第三支链中的移动副P31移动，使动平台9绕z轴转动，得到如图2所示机构位形，第一支链中的移动副P11、转动副R11的转动轴线、转动副R12的转动轴线及转动副R13的转动轴线均垂直于水平面设置，即沿z轴方向设置，第二支链中的虎克铰U21与虎克铰U22中相邻的两个转动副的转动轴线平行设置且垂直于水平面设置，即沿z轴方向设置，虎克铰U21中与动平台9连接的转动副的转动轴线与虎克铰U22中与定平台10连接的转动副的转动轴线均与水平面平行设置且相交，第三支链中的移动副P31的方向与x轴、y轴和z轴均不平行，此时本发明并联机构具有2T1R运动模式，通过控制第一支链中的转动副R11，第二支链中的移动副P21，第三支链中的移动副P31，实现对并联机构的控制；
如图1所示机构位形下，本发明并联机构具有3T1R瞬时运动模式，当控制第一支链中的移动副P11移动和转动副R12转动，第二支链中的移动副P21移动，第三支链中的移动副P31移动，使动平台9沿z轴向上移动，得到如图3所示机构位形，第一支链中的移动副P11、转动副R11的转动轴线、转动副R12的转动轴线及转动副R13的转动轴线均垂直于水平面设置，即沿z轴方向设置，第二支链中的虎克铰U21与虎克铰U22中相邻的两个转动副的转动轴线平行设置，虎克铰U21中与动平台9连接的转动副的转动轴线与虎克铰U22中与定平台10连接的转动副的转动轴线水平设置且相互平行，即沿x轴方向设置，第三支链中的移动副P31的方向与x轴、y轴和z轴均不平行，此时本发明并联机构具有3T运动模式，通过控制第一支链中的移动副P11，第二支链中的移动副P21，第三支链中的移动副P31，实现对并联机构的控制。
本发明具有2T1R和3T两种运动模式的并联机构，当机构处于图1所示运动模式变换位形，动平台9绕z轴转动，到达相应的机构位形，则具有2T1R运动模式，当动平台9沿z轴移动，到达相应的机构位形，则具有3T运动模式，不需要重新组装就能实现两移动一转动与三移动运动模式的变换，并且具有刚度高、精确度高及灵巧性强的特点。

Claims (1)

1.具有2T1R和3T两种运动模式的并联机构，其特征在于：包括三角形动平台(9)和定平台(10)，所述动平台(9)分别通过第一支链、第二支链及第三支链与定平台(10)连接；所述第一支链包括与定平台(10)连接的第一连杆(1)，所述第一连杆(1)依次连接有移动副P11、第二连杆(2)、转动副R11、第三连杆(3)、转动副R12、第四连杆(4)、转动副R13，所述转动副R13与动平台(9)连接；所述移动副P11、转动副R11的转动轴线、转动副R12的转动轴线及转动副R13的转动轴线均垂直于水平面设置；所述移动副P11和转动副R11上均连接有驱动电机；所述第二支链包括与定平台(10)连接的虎克铰U22，所述虎克铰U22依次连接有第六连杆(6)、移动副P21、第五连杆(5)及虎克铰U21，所述虎克铰U21与动平台(9)连接；所述虎克铰U21中与动平台(9)连接的转动副的转动轴线与虎克铰U22中与定平台(10)连接的转动副的转动轴线水平设置且相互平行，所述虎克铰U21与虎克铰U22中相邻的两个转动副的转动轴线平行设置；所述移动副P21连接有驱动电机；所述第三支链包括与定平台(10)连接的球副S32，所述球副S32依次连接有第八连杆(8)、移动副P31、第七连杆(7)及球副S31，所述球副S31与动平台(9)连接；所述移动副P31连接有驱动电机，所述定平台(10)为一个或三个。
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