CN108818502A - 具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构 - Google Patents

具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构 Download PDF

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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0033—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a prismatic joint at the base

Abstract

本发明公开的具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，包括正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、第三支链及第四支链与定平台连接，第一支链、第二支链、第三支链的两端分别连接于动平台和定平台的三个角且相互对称设置，第四支链的两端分别连接于动平台和定平台的中心处。本发明并联机构结构简单稳定，且具有刚度高、精确度高及灵巧性性强的特点。

Description

具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构
技术领域
本发明属于机器人领域，涉及一种具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构。
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。
目前具有一个球面转动自由度的两移动一转动运动模式的并联机构较少。这类新型并联机构在机械搅拌领域和运动仿真领域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球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，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，具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，包括正三角形动平台和正三角形定平台，动平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链及第四支链与定平台连接，第一支链、第二支链、第三支链的两端分别连接于动平台和定平台的三个角且相互对称设置，第四支链的两端分别连接于动平台和定平台的中心处。
本发明的特点还在于，
第一支链包括与动平台连接的球副S11，球副S11依次连接有第一连杆、移动副P11、第二连杆及球副S12，球副S12与定平台连接。
移动副P11上连接有驱动电机。
第二支链包括与动平台连接的球副S21，球副S21依次连接有第三连杆、移动副P21、第四连杆及球副S22，球副S22与定平台连接。
移动副P21上连接有驱动电机。
第三支链包括与动平台连接的球副S31，球副S31依次连接有第五连杆、移动副P31、第六连杆及球副S32，球副S32与定平台连接。
移动副P31连接有驱动电机。
第四支链包括连接于动平台中心处的转动副R2和转动副R3，转动副R2通过第七连杆、转动副R1、第八连杆、转动副R4、第九连杆与转动副R3连接，第八连杆依次连接有移动副P41、第十连杆及移动副P42，移动副P42与定平台连接。
转动副R2的转动轴线和转动副R3的转动轴线与水平面平行且夹角为90°，转动副R2的转动轴线与转动副R1的转动轴线的夹角为45°，转动副R1的转动轴线与转动副R4的转动轴线的夹角为60°，转动副R3的转动轴线与转动副R4的转动轴线的夹角为45°，转动副R1的转动轴线、转动副R2的转动轴线、转动副R3的转动轴线及转动副R4的转动轴线相交与动平台的中心处；
移动副P41的轴线与移动副P42的轴线与水平面平行且夹角为90度。
本发明的有益效果是：本发明具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，具有空间球面4R结构及两移动转动一转动运动模式，不仅结构简单稳定，而且具有刚度高、精确度高及灵巧性性强的特点。
附图说明
图1是本发明具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构的结构示意图。
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.第九连杆，10.第十连杆，11.动平台，12.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。
本发明具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，如图1所示，
包括正三角形动平台11和正三角形动定平台12，动平台11分别通过第一支链、第二支链、第三支链及第四支链与定平台12连接，第一支链、第二支链、第三支链的两端分别连接于动平台11和定平台12的三个角且相互对称设置，第四支链的两端分别连接于动平台11和定平台12的中心处，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，第一支链与动平台11的连接处记为A1，第二支链与动平台11的连接处记为A2，第三支链与动平台11的连接处记为A3，即动平台11为A1A2A3；第一支链与定平台12的连接处记为B1，第二支链与定平台12的连接处记为B2，第三支链与定平台12的连接处记为B3，即定平台为B1B2B3。
第一支链包括与动平台11连接的球副S11，球副S11依次连接有第一连杆1、移动副P11、第二连杆2及球副S12，球副S12与定平台12连接，移动副P11的轴线穿过球副S11及球副S12，移动副P11上连接有驱动电机，驱动电机用于驱动移动副P11的移动；
第二支链包括与动平台11连接的球副S21，球副S21依次连接有第三连杆3、移动副P21、第四连杆4及球副S22，球副S22与定平台12连接，移动副P21的轴线穿过球副S21及球副S22，移动副P21上连接有驱动电机，驱动电机用于驱动移动副P21的移动；
第三支链包括与动平台11连接的球副S31，球副S31依次连接有第五连杆5、移动副P31、第六连杆6及球副S32，球副S32与定平台12连接，移动副P31的轴线穿过球副S31及球副S32，移动副P31连接有驱动电机，驱动电机用于驱动移动副P31的移动；
第四支链包括与动平台11连接的转动副R2和转动副R3，转动副R2和转动副R3连接于动平台11的中心处，转动副R2通过第七连杆7、转动副R1、第八连杆8、转动副R4、第九连杆9与转动副R3连接，第八连杆8依次连接有移动副P41、第十连杆10、移动副P42，移动副P42连接于定平台12的中心处；转动副R2的转动轴线和转动副R3的转动轴线与水平面平行且夹角为90°，即转动副R2的转动轴线沿动平台12的x轴方向，转动副R3的转动轴线沿动平台11的y轴方向，转动副R2的转动轴线与转动副R1的转动轴线的夹角为45°，转动副R1的转动轴线与转动副R4的转动轴线的夹角为60°，转动副R3的转动轴线与转动副R4的转动轴线的夹角为45°，转动副R1的转动轴线、转动副R2的转动轴线、转动副R3的转动轴线及转动副R4的转动轴线相交于动平台11的中心处，形成空间球面4R结构；移动副P41的轴线与移动副P42的轴线与水平面平行且夹角为90°，即移动副P41沿y轴方向，移动副P42沿x轴方向。
本发明具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构的工作过程具体如下：
连接动平台11和定平台12的第一支链、第二支链及第三支链的驱动副分别为移动副P11、移动副P21及移动副P31；移动副P41、移动副P42与由转动副R1、转动副R2、转动副R3、转动副R4构成的球面4R机构组成的第四支链连接于动平台11及定平台12，施加给动平台11约束，驱动移动副P11、移动副P21及移动副P31，使得动平台沿x轴、y轴移动，做以动平台11的中心点为转动中心的一维球面运动。
本发明具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，具有空间球面4R结构及两移动一转动运动模式，不仅结构简单稳定，而且具有刚度高、精确度高及灵巧性性强的特点。

Claims (9)

1.具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，其特征在于：包括正三角形动平台(11)和正三角形定平台(12)，所述动平台(11)分别通过第一支链、第二支链、第三支链及第四支链与定平台(12)连接，所述第一支链、第二支链、第三支链的两端分别连接于动平台(11)和定平台(12)的三个角且相互对称设置，所述第四支链的两端分别连接于动平台(11)和定平台(12)的中心处。
2.根据权利要求1所述的具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，其特征在于：所述第一支链包括与动平台(11)连接的球副S11，所述球副S11依次连接有第一连杆(1)、移动副P11、第二连杆(2)及球副S12，所述球副S12与定平台(12)连接。
3.根据权利要求2所述的具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，其特征在于：所述移动副P11上连接有驱动电机。
4.根据权利要求1所述的具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，其特征在于：所述第二支链包括与动平台(11)连接的球副S21，所述球副S21依次连接有第三连杆(3)、移动副P21、第四连杆(4)及球副S22，所述球副S22与定平台(12)连接。
5.根据权利要求4所述的具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，其特征在于：所述移动副P21上连接有驱动电机。
6.根据权利要求1所述的具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，其特征在于：所述第三支链包括与动平台(11)连接的球副S31，所述球副S31依次连接有第五连杆(5)、移动副P31、第六连杆(6)及球副S32，所述球副S32与定平台(12)连接。
7.根据权利要求6所述的具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，其特征在于：所述移动副P31连接有驱动电机。
8.根据权利要求1所述的具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，其特征在于：所述第四支链包括连接于动平台(11)中心处的转动副R2和转动副R3，所述转动副R2通过第七连杆(7)、转动副R1、第八连杆(8)、转动副R4、第九连杆(9)与转动副R3连接，所述第八连杆(8)依次连接有移动副P41、第十连杆(10)及移动副P42，所述移动副P42与定平台(12)连接。
9.根据权利要求8所述的具有球面转动自由度的两移动一转动的并联机构，其特征在于：所述转动副R2的转动轴线和转动副R3的转动轴线与水平面平行且夹角为90°，所述转动副R2的转动轴线与转动副R1的转动轴线的夹角为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60°，所述转动副R3的转动轴线与转动副R4的转动轴线的夹角为45°，所述转动副R1的转动轴线、转动副R2的转动轴线、转动副R3的转动轴线及转动副R4的转动轴线相交与动平台(11)的中心处；
所述移动副P41的轴线与移动副P42的轴线与水平面平行且夹角为90度。
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