CN108748093A - 一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置 - Google Patents

一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108748093A
CN108748093A CN201810551223.5A CN201810551223A CN108748093A CN 108748093 A CN108748093 A CN 108748093A CN 201810551223 A CN201810551223 A CN 201810551223A CN 108748093 A CN108748093 A CN 108748093A
Authority
CN
China
Prior art keywords
branch
moving platform
servo
actuated
pedestal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810551223.5A
Other languages
English (en)
Inventor
郑燕红
姚猛
邓湘金
王硕
赵志晖
金晟毅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Original Assignee
Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Spacecraft System Engineering filed Critical Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Priority to CN201810551223.5A priority Critical patent/CN108748093A/zh
Publication of CN108748093A publication Critical patent/CN108748093A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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

本发明提供了一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，包括基座、动平台、电动缸、十字铰、球铰以及随动支链，各个电动缸的下端部分别通过十字铰与基座的上表面连接，各个电动缸的上端部分别通过球铰与动平台的下表面连接，该随动支链的下端部通过十字铰与基座的中部连接，该随动支链的上端部与动平台的下表面连接，动平台具有两个转动自由度和一个升降自由度，各个电动缸协同运动，实现任意方向的转动和一定范围内的升降。

Description

一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置
技术领域
本发明属于混联机器人机构学领域，涉及一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置。
背景技术
随着并联机构研究领域的不断深入，学者们发现很多实际任务操作过程中，运用六个自由度工作空间的情况是相对较少的，而少自由度并联机构研究中三自由度并联机构研究逐渐成为热点，最经典的当属3-RPS并联机构，但其存在工作空间较小，刚度性能不强等缺点。
国内外学者对三自由度并联机构进行了深入的研究，其中最为广泛的是3-RPS并联机构，采用3个包含转动副、球副、移动副的RPS分支连接动、静平台，其构造简单、成本低廉、操作方便、解耦容易，成为少自由度并联机构科学研究和工业应用的重要形式，但传统的3-RPS并联机构由于自由度较少，其自身受到恒定外负载的抗变形能力较弱，相对于多自由度并联机构静刚度性能较差。另一方面，采用3支链形式工作冗余度，在单个支链发生故障时，并联机构难以正常工作，而部分采用多支链设计的并联机构又存在支链过多过冗余，构造复杂度上升，操作控制难度加大，产品成本呈增加趋势。
发明内容
本发明的技术解决问题：为克服现有技术不足，提供一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，提升对动平台的刚性支撑能力、动平台载荷能力以及平台的安全性。
本发明的技术解决方案：
一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，包括基座、动平台、电动缸、十字铰、球铰以及随动支链，各个电动缸的下端部分别通过十字铰与基座的上表面连接，各个电动缸的上端部分别通过球铰与动平台的下表面连接，该随动支链的下端部通过十字铰与基座的中部连接，该随动支链的上端部与动平台的下表面连接，动平台具有两个转动自由度和一个升降自由度，各个电动缸协同运动，实现任意方向的转动和一定范围内的升降。
电动缸的下端部和上端部分别连接于基座和动平台的边缘，以在各个电动缸、基座和动平台之间形成一个活动空间，该随动支链位于活动空间内。
相邻两个电动缸的距离相等，并且相对的两个电动缸相互对称，随动支链位于基座和动平台的中心位置。
任意方向的转动范围为0-20°，升降范围为0-450mm。
任意方向转动方法为：通过电动缸改变驱动支链的杆长li＝||r5+ai-bi||，其中，bi为基座中心至驱动支链与基座连接点的矢量；r5为基座中心至动平台的矢量；ai为动平台中心至驱动支链与动平台连接点的矢量，进而调整动平台的倾斜角度α、β。
控制升降的方法为：建立中间矢量ai＝Rapi，其中ai为动平台中心至驱动支链与动平台连接点的矢量，api为水平状态下动平台中心至驱动支链与动平台连接点Ai的矢量，R为倾角α、β确定的旋转矩阵，
进而根据位置闭环约束，得到各驱动支链杆长li＝||r5+ai-bi||，其中bi为基座中心至驱动支链与基座连接点的矢量,通过电动缸改变各驱动支链杆长，完成姿态调整；根据高度调整需求，通过电动缸以相同状态调整各驱动支链杆长，实现动平台升降运动。
电动缸具有自锁功能。
随动支链的十字铰带有电磁制动器。
有益效果：
(1)本发明采用多驱动支链与随动支链的联合设计，提升对动平台的刚性支撑能力，动平台载荷能力显著增强，多驱动支链及随动支链形成了一定的冗余，平台的安全性与可靠性得到提高，并在一定程度实现了倾斜姿态与升降运动的解耦；
(2)本发明结构简单、紧凑，采用电动缸承载力大，可广泛地应用于大工作空间的并联机器人领域，并可用于地外天体着陆器模拟、空间对接平台模拟及其它飞行模拟器等工业、军事、航天领域；
(3)本发明随动支链能够使该四支链驱动单支链随动的并串混联装置的结构紧凑、调节的复杂程度明显降低，并且减少该四支链驱动单支链随动的并串混联装置的振动，以使该四支链驱动单支链随动的并串混联装置的灵巧性和刚度性能大大增加；
(4)本发明随动支链使约束子矩阵相对增加了完整雅克比矩阵的秩，减少了该四支链驱动单支链随动的并串混联装置产生奇异性的可能性，从而提高该四支链驱动单支链随动的并串混联装置的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是本发明立体示意图；
图2是本发明概念示意图；
图3是本发明位置闭环矢量示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细描述。
一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，包括基座10、动平台20、电动缸30、十字铰40、球铰50以及随动支链60，各个电动缸30的下端部分别通过十字铰40与基座10的上表面连接，各个电动缸30的上端部分别通过球铰50与动平台20的下表面连接，该随动支链60的下端部通过十字铰40与基座10的中部连接，该随动支链60的上端部与动平台20的下表面连接，动平台20具有两个转动自由度和一个升降自由度，各个电动缸30协同运动，实现任意方向的转动和一定范围内的升降。
电动缸30的下端部和上端部分别连接于基座10和动平台20的边缘，以在各个电动缸30、基座10和动平台20之间形成一个活动空间70，该随动支链60位于活动空间70内。
相邻两个电动缸30的距离相等，并且相对的两个电动缸30相互对称，随动支链60位于基座10和动平台20的中心位置。
任意方向的转动范围为0-20°，升降范围为0-450mm。
进一步地，该随动支链60包括一个导杆61以及一个导向筒62，该导向筒62和动平台20连接，导杆61通过十字铰40和基座10连接，并且导杆61可滑动地连接于导向筒62，以使导杆61在导向筒62内竖直上下运动，并且满足动平台20绕着X轴和Y轴的两个转动自由度。各个电动缸30同步地运动，以通过各个电动缸30的同步推拉实现导杆61在导向筒62内的竖直上下运动。优选地，相邻两个电动缸30的距离相等，并且相对的两个电动缸30相互对称，以提高各个电动缸30的承载能力和使该四支链驱动单支链随动的并串混联装置的更稳定。
如图1，各个电动缸30的下端部和上端部分别连接于基座10和动平台20的边缘，以在各个电动缸30、基座10和动平台20之间形成一个活动空间70，该随动支链60位于活动空间70内。也就是说，随动支链60位于该四支链驱动单支链随动的并串混联装置的中部，以保证该四支链驱动单支链随动的并串混联装置的稳定性和可靠性。
该电动缸30是自锁电动缸，即该电动缸30具有自锁功能，在动平台20调整到预设高度时，电动缸30进行自锁，从而使动平台20始终保持在预设高度。该随动支链60的十字铰40带有电磁制动器，在该四支链驱动单支链随动的并串混联装置通过各个电动缸30调整完俯仰和侧倾角后，该随动支链60的十字铰40的电磁制动器制动以限制角度的变化，从而消除各个运动关节的间隙，这样有利于提高该四支链驱动单支链随动的并串混联装置的刚度、稳定性和安全性。
该四支链驱动单支链随动的并串混联装置的简图如图2所示，Ai(i＝1,2,3,4)为第i条驱动支链的球铰链中心，Bi(i＝1,2,3,4)为第i条驱动支链的十字铰链中心。初始状态下动平台20与基座10保持平行，点O、P为中间的随动支链60在基座10形成的静平台和动平台20上的投影。以O为原点建立固定坐标系O-xyz，其中x轴与B1B2连线平行，z轴垂直基座向上，y轴满足右手定则。以动平台点P为原点建立参考系P-uvw，其中u轴与x轴保持瞬时平行，w轴沿中间的该随动支链60OP方向，v轴满足右手定则。
在固定坐标系O-xyz下，根据图3所示，可构造位置闭环约束方程如下：
其中li和s3i分别是第i条驱动支链的杆长和其在固定坐标系O-xyz下的单位矢量；l5和s35分别是中间随动支链杆长和其固定坐标系O-xyz下的单位矢量；ai、bi分别为Ai、Bi在固定坐标系O-xyz下的位置矢量，i＝1,2,3,4。
该四支链驱动单支链随动的并串混联装置的动平台相对基座存在俯仰或侧倾运动，设转动角度分别为α、β，则有：
ai＝Rapi
R＝Roty(β)·Rotx(α)
其中api为Ai在动参考系P-uvw下的位置矢量，R为P-uvw相对于固定坐标系O-xyz的旋转矩阵，Rot*(.)表示绕*轴转动的旋转阵。
根据上述关系，可得：
lis3i＝r5+ai-bi
其中，bi为基座中心至驱动支链与基座连接点的矢量；r5为基座中心至动平台的矢量；ai为动平台中心至驱动支链与动平台连接点的矢量。
则第i条驱动支链(连在电动缸上的)的杆长：
li＝||r5+ai-bi||
因此，四支链驱动单支链随动的并串混联装置可通过调整驱动支链、随动支链，快速实现姿态调整和空间定位。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权力要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，其特征在于，包括基座(10)、动平台(20)、电动缸(30)、十字铰(40)、球铰(50)以及随动支链(60)，各个电动缸(30)的下端部分别通过十字铰(40)与基座(10)的上表面连接，各个电动缸(30)的上端部分别通过球铰(50)与动平台(20)的下表面连接，该随动支链(60)的下端部通过十字铰(40)与基座(10)的中部连接，该随动支链(60)的上端部与动平台(20)的下表面连接，动平台(20)具有两个转动自由度和一个升降自由度，各个电动缸(30)协同运动，实现任意方向的转动和一定范围内的升降。
2.根据权利要求1所述的一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，其特征在于，电动缸(30)的下端部和上端部分别连接于基座(10)和动平台(20)的边缘，以在各个电动缸(30)、基座(10)和动平台(20)之间形成一个活动空间70，该随动支链(60)位于活动空间70内。
3.根据权利要求1所述的一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，其特征在于，相邻两个电动缸(30)的距离相等，并且相对的两个电动缸(30)相互对称，随动支链(60)位于基座(10)和动平台(20)的中心位置。
4.根据权利要求1所述的一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，其特征在于，任意方向的转动范围为0-20°，升降范围为0-450mm。
5.根据权利要求1所述的一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，其特征在于，任意方向转动方法为：通过电动缸(30)改变驱动支链的杆长li＝||r5+ai-bi||，其中，bi为基座中心至驱动支链与基座连接点的矢量；r5为基座中心至动平台的矢量；ai为动平台中心至驱动支链与动平台连接点的矢量，进而调整动平台(20)的倾斜角度α、β。
6.根据权利要求5所述的一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，其特征在于，控制升降的方法为：建立中间矢量ai＝Rapi，其中ai为动平台中心至驱动支链与动平台连接点的矢量，api为水平状态下动平台中心至驱动支链与动平台连接点Ai的矢量，R为倾角α、β确定的旋转矩阵，
进而根据位置闭环约束，得到各驱动支链杆长li＝||r5+ai-bi||，其中bi为基座中心至驱动支链与基座连接点的矢量。
7.根据权利要求1所述的一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，其特征在于，电动缸(30)具有自锁功能。
8.根据权利要求7所述的一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，其特征在于，随动支链(60)的十字铰带有电磁制动器。
9.根据权利要求1所述的一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，其特征在于，随动支链(60)包括导杆(61)以及导向筒(62)，导向筒(62)和动平台(20)连接，导杆(61)通过十字铰(40)和基座(10)连接，并且导杆(61)可滑动地连接于导向筒(62)，以使导杆(61)在导向筒(62)内竖直上下运动。
CN201810551223.5A 2018-05-31 2018-05-31 一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置 Pending CN108748093A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810551223.5A CN108748093A (zh) 2018-05-31 2018-05-31 一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810551223.5A CN108748093A (zh) 2018-05-31 2018-05-31 一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108748093A true CN108748093A (zh) 2018-11-06

Family

ID=64001258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810551223.5A Pending CN108748093A (zh) 2018-05-31 2018-05-31 一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108748093A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110925572A (zh) * 2019-12-06 2020-03-27 西安文理学院 高效的生产线辅助装置
CN112894782A (zh) * 2021-02-23 2021-06-04 中铁工程装备集团有限公司 蛇形臂连接结构及串并联耦合控制的蛇形臂机器人
CN113263495A (zh) * 2021-06-08 2021-08-17 佛山科学技术学院 一种工业机械人用的移动式平台
CN113699867A (zh) * 2021-08-26 2021-11-26 大连海事大学 一种具有运动补偿能力的三自由度海上廊桥装置
CN114120748A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 中国人民解放军火箭军工程大学 一种基于反向重力平衡六自由度运动平台系统
CN114248255A (zh) * 2021-12-27 2022-03-29 北京交通大学 一种用于铺带位姿调整的五自由度并联机构
CN114770468A (zh) * 2021-12-27 2022-07-22 浩科机器人（苏州）有限公司 一种航空发动机焊接管路检测机器人

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101695908A (zh) * 2009-10-30 2010-04-21 江苏大学 汽车多自由度并联减振座椅
CN102346018A (zh) * 2011-09-30 2012-02-08 合肥工业大学 光电式建筑构件挠度测试仪
CN102819972A (zh) * 2012-08-14 2012-12-12 燕山大学 一种三自由度静载平衡并联运动模拟台
CN103035161A (zh) * 2012-12-11 2013-04-10 燕山大学 一种两自由度静载平衡并联运动模拟平台
CN103050046A (zh) * 2012-12-11 2013-04-17 燕山大学 带承重机构的并联运动模拟台
CN203377730U (zh) * 2013-08-06 2014-01-01 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所 一种具有自锁性的电动缸
CN106584437A (zh) * 2016-12-31 2017-04-26 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 七自由度串并混联式对接平台
CN106737593A (zh) * 2016-12-31 2017-05-31 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 动态特性可调的解偶单支链驱动的三自由度装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101695908A (zh) * 2009-10-30 2010-04-21 江苏大学 汽车多自由度并联减振座椅
CN102346018A (zh) * 2011-09-30 2012-02-08 合肥工业大学 光电式建筑构件挠度测试仪
CN102819972A (zh) * 2012-08-14 2012-12-12 燕山大学 一种三自由度静载平衡并联运动模拟台
CN103035161A (zh) * 2012-12-11 2013-04-10 燕山大学 一种两自由度静载平衡并联运动模拟平台
CN103050046A (zh) * 2012-12-11 2013-04-17 燕山大学 带承重机构的并联运动模拟台
CN203377730U (zh) * 2013-08-06 2014-01-01 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所 一种具有自锁性的电动缸
CN106584437A (zh) * 2016-12-31 2017-04-26 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 七自由度串并混联式对接平台
CN106737593A (zh) * 2016-12-31 2017-05-31 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 动态特性可调的解偶单支链驱动的三自由度装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张晓菊等: ""三自由度并联机构性能分析与优化"", 《机床与液压》 *
董成林等: ""含冗余驱动支链4-UPS&UP并联机构的运动学性能分析"", 《机械工程学报》 *
高振: ""空间三自由度并联/混联机构构型、性能与若干应用研究"", 《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊）信息科技辑》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110925572A (zh) * 2019-12-06 2020-03-27 西安文理学院 高效的生产线辅助装置
CN110925572B (zh) * 2019-12-06 2021-11-02 西安文理学院 高效的生产线辅助装置
CN112894782A (zh) * 2021-02-23 2021-06-04 中铁工程装备集团有限公司 蛇形臂连接结构及串并联耦合控制的蛇形臂机器人
CN113263495A (zh) * 2021-06-08 2021-08-17 佛山科学技术学院 一种工业机械人用的移动式平台
CN113699867A (zh) * 2021-08-26 2021-11-26 大连海事大学 一种具有运动补偿能力的三自由度海上廊桥装置
CN114120748A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 中国人民解放军火箭军工程大学 一种基于反向重力平衡六自由度运动平台系统
CN114248255A (zh) * 2021-12-27 2022-03-29 北京交通大学 一种用于铺带位姿调整的五自由度并联机构
CN114770468A (zh) * 2021-12-27 2022-07-22 浩科机器人（苏州）有限公司 一种航空发动机焊接管路检测机器人
CN114248255B (zh) * 2021-12-27 2023-11-17 北京交通大学 一种用于铺带位姿调整的五自由度并联机构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108748093A (zh) 一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置
CN106426096B (zh) 一种大转角两转动一移动并联机构
CN206484156U (zh) 一种五轴联动激光切割器
CN108010560A (zh) 一种六自由度位姿调整转台
CN106799545A (zh) 一种五轴联动激光切割器
CN103217986B (zh) 具有球面纯滚性质的二自由度并联转动机构
AU2009309208B2 (en) Method for controlling heliostat used for condensing of sunlight and device thereof
CN109231065B (zh) 一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统
EP2705934A2 (en) A method and a device for change of rigidity of a serial or parallel basic movable mechanism, especially of industrial robots and machining machines
CN105082110B (zh) 驱动冗余式三自由度稳定平台
CN102626870B (zh) 一种具有单自由度铰链的三自由度并联主轴头
CN102350590A (zh) 一种用于调整曲面工件位姿的混联六自由度工作台
CN108818502A (zh) 具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构
CN208557482U (zh) 具有球面转动自由度的2t1r的并联机构
CN101804629A (zh) 交叉型二自由度并联机构
CN102962840B (zh) 一种具有对称结构且无伴随运动的并联机构
CN205614648U (zh) 高刚度冗余驱动的二自由度球面并联机构
CN1306899A (zh) 一种新型四自由度空间并联机器人机构
CN107116539B (zh) 一种转轴汇交的三转动二移动广义解耦并联机器人机构
CN105710868B (zh) 一种具有多个转动中心的两转一移并联机构
CN208759589U (zh) 一种结构稳定的工业机器人
CN103042522A (zh) 3-5r/ss两自由度调姿调位并联机构
CN218138047U (zh) 一种六自由度混联机构
CN207027494U (zh) 双子并联机器人系统
CN105563205A (zh) 一种四分支燕形五轴加工设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181106