CN108714887B - 具有三自由度空间并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的具有三自由度空间并联机构，包括正三角形的动平台和正三角形的定平台，动平台分别通过三条支链与定平台连接呈三棱台状，三条支链呈正三角形对称分布。本发明的并联机构具有三条支链，具有承载刚度大、精确度高及灵巧性强的特点，能够基于此机构设计运动模拟、运动康复等设备。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域，涉及具有三自由度空间并联机构。
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，但是自由度越多，则制造和控制的成本也相对较高，并且不易控制，制造与安装过程复杂。因而，并联机构自由度的减少将使得机构结构更为简单，制造和控制成本也相对较低，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。
发明内容
本发明的目的在于提供具有三自由度空间并联机构，具有承载刚度大、精确度高及灵巧性强的特点。
本发明所采用的技术方案是：包括正三角形的动平台和正三角形的定平台，动平台分别通过三条支链与定平台连接呈三棱台状，三条支链呈正三角形对称分布。
本发明的特点还在于，
每条支链包括与定平台连接的转动副Rs，所述转动副Rs依次连接有第四连杆、移动副P、第五连杆和球副S，球副S与动平台连接。
移动副P的轴线通过球副S。
转动副Rs包括与定平台连接的转动副R1和转动副R4，转动副R1依次连接有第一连杆、转动副R2、第二连杆、转动副R3和第三连杆，第三连杆与转动副R4连接，第二连杆与第四连杆连接。
转动副R1的转动轴线、转动副R2的转动轴线、转动副R3的转动轴线和转动副R4的转动轴线相交于一点，转动副R1的转动轴线与转动副R2的转动轴线共面且夹角为45°，转动副R2的转动轴线与转动副R3的转动轴线的夹角为60°，转动副R3的转动轴线与转动副R4的转动轴线共面且夹角为45°，转动副R1的转动轴线与转动副R4的转动轴线的夹角为90°。
转动副R1连接有驱动电机。
本发明的有益效果是：本发明具有三自由度空间并联机构，具有三个自由度，动平台可连接操作手，动平台在空间的位置和姿态，可使用6个参数进行描述，分别为其空间的3个位置坐标和3个姿态坐标，三条支链中与定平台6相连接的Rs，即空间4R球面结构，可等效于一个转动副，其转动轴线随机构的运动在不断改变，驱动转动副R1，可使得动平台在空间中的姿态和位置发生变化。本发明的并联机构具有三条支链，动平台的承载刚度大，能够基于此机构设计运动模拟、运动康复等设备。
附图说明
图1是本发明具有三自由度空间并联机构的结构示意图；
图2是本发明具有三自由度空间并联机构的转动副Rs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.定平台，7.动平台。
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。
本发明具有三自由度空间并联机构，如图1所示，包括正三角形的动平台7和正三角形的定平台6，动平台7分别通过三条支链与定平台6连接呈正三棱台状，三条支链呈正三角形对称分布，三条支链与动平台7的连接处分别记为B1，B2，B3。
每条支链包括与定平台6连接的转动副Rs，转动副Rs依次连接有第四连杆4、移动副P、第五连杆5和球副S，球副S与动平台7连接，移动副P轴线通过球副S。
如图2所示，转动副Rs包括与定平台6连接的转动副R1和转动副R4，转动副R1依次连接有第一连杆1、转动副R2、第二连杆2、转动副R3和第三连杆3，第三连杆3与转动副R4连接，第二连杆2与第四连杆4连接，转动副R1连接有转动驱动电机。
转动副R1的转动轴线、转动副R2的转动轴线、转动副R3的转动轴线和转动副R4的转动轴线相交于一点，转动副R1的转动轴线与转动副R2的转动轴线共面且夹角为45°，转动副R1的转动轴线与转动副R2的转动轴线所形成的平面垂直于水平面，且该平面记为π1，转动副R2的转动轴线与转动副R3的转动轴线的夹角为60°，转动副R3的转动轴线与转动副R4的转动轴线共面且夹角为45°，转动副R3的转动轴线与转动副R4的转动轴线所形成的平面垂直于水平面，且该平面记为π2，平面π1与平面π2相交，其交线为轴线R′，轴线R′为第二连杆2的瞬时转动的轴线，转动副R1的转动轴线与转动副R4的转动轴线的夹角为90°，转动副R1的转动轴线与转动副R4的转动轴线形成的平面平行于水平面，转动副R1、转动副R2、转动副R3及转动副R4形成空间4R球面结构。
本发明具有三自由度空间并联机构的工作原理或者过程：如图1所示，启动驱动电机，三条支链中的转动副R1转动，使三条支链中的移动副P的移动方向和移动距离发生改变，从而带动连接动平台7的球副S的位置发生改变，最终动平台7的位置和姿态发生改变。
本发明具有三自由度空间并联机构，具有三个自由度，动平台7可连接操作手，动平台在空间的位置和姿态，可使用6个参数进行描述，分别为其空间的3个位置坐标和3个姿态坐标，6个参数中只有3个是独立的，得知其中任意的3个参数，可根据机构的约束方程求得其他的3个参数。三条支链中与定平台6相连接的Rs，即空间4R球面结构，可等效于一个转动副，其转动轴线随机构的运动在不断改变，驱动转动副R1，可使得动平台7在空间中的姿态和位置发生变化。本发明的并联机构具有三条支链，动平台的承载刚度大，使用3个转动副R1可使得动平台6的6个位置、姿态参数都发生变化，利用这一特点，能够基于此机构设计运动模拟、运动康复等设备。在一些特殊的场合下，只需要控制机构动平台7的3个独立的参数，其他3个参数不作要求时，本发明并联机构也可以作为设备的机构构型。
Claims (1)
1.具有三自由度空间并联机构，其特征在于：包括正三角形的动平台(7)和正三角形的定平台(6)，所述动平台(7)分别通过三条支链与定平台(6)连接呈三棱台状，所述三条支链呈正三角形对称分布，每条所述支链包括与定平台(6)连接的转动副Rs，所述转动副Rs依次连接有第四连杆(4)、移动副P、第五连杆(5)和球副S，所述球副S与动平台(7)连接；
所述转动副Rs包括与定平台(6)连接的转动副R1和转动副R4，所述转动副R1依次连接有第一连杆(1)、转动副R2、第二连杆(2)、转动副R3和第三连杆(3)，所述第三连杆(3)与转动副R4连接，所述第二连杆(2)与第四连杆(4)连接；
所述转动副R1的转动轴线、转动副R2的转动轴线、转动副R3的转动轴线和转动副R4的转动轴线相交于一点，所述转动副R1的转动轴线与转动副R2的转动轴线共面且夹角为45°，所述转动副R2的转动轴线与转动副R3的转动轴线的夹角为60°，所述转动副R3的转动轴线与转动副R4的转动轴线共面且夹角为45°，所述转动副R1的转动轴线与转动副R4的转动轴线的夹角为90°；
所述移动副P的轴线通过球副S；所述转动副R1连接有驱动电机。
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