CN108890627A - 一种含闭环支链的五自由度并联机构 - Google Patents

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王立
杨会
张海强
张程煜
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Abstract

本发明涉及一种含闭环支链的五自由度并联机构。该机构的整体机构如摘要附图所示，动平台与固定平台之间由五条主动支链和一条被动支链连接。主动支链为三角形闭环结构，由一个移动副、两个转动副、一个虎克铰、一个复合球铰构成；被动支链开链结构，由九个虎克铰和一个移动副组成；两种支链的各运动副相互之间由刚性连杆连接。动平台与主动支链的连接点构成轴对称五边形，与被动支链的连接点位于平台中间；固定平台与被动支链的连接点构成正五边形，与被动支链的连接点位于正五边形中心。该机构具有大刚度、高精度的特点，可实现两转动三移动的位姿变换，能很好地解决目前手工套装存在的问题，完成套装过程中的位姿调整与推进要求。

Description

一种含闭环支链的五自由度并联机构
技术领域
本发明涉及机器人领域，属于一种具有大刚度、高精度的五自由度并联机构。
背景技术
航天飞行器壳体的套装过程要求装置调整位姿精确，抗阻能力强，因此要求推进机构必须具有刚度大和精度高这两个特点，同时位姿调整的范围不大，而并联机构具有刚度大、精度高、响应快的优点，在位姿调整、部件对接等领域应用较多。
针对少自由度并联机构构型的设计，国内外学者通过螺旋理论、群论、机构拓扑学等方法对五自由度机构进行了构型综合，但自由度形式多以2T3R为主，且往往支链杆件数目过多，结构十分繁杂，难以应用于实际生产应用中。针对上述问题，部分学者采用了两种新的设计方法。第一种为采用串并混联的形式，SONG，DONG等在三自由度并联机构末端串联两自由度转头；XU等为三自由度机构增加两自由度的操作转台。第二种为在六自由度机构中添加约束支链的形式，刘建坤用CPU支链取代一条六自由度支链作为主动支链；SUN，杨会等直接在机构中间添加约束支链作为被动支链；XIE等添加约束支链并对支链结构进行了改进。但经过分析和对比后，目前的五自由度并联机构构型的刚度和精度仍无法满足航天飞行器壳体的套装要求。
发明内容
本发明针对目前很多大型飞行器的手工套装方式设计一种新型的五自由度并联套装机构。该机构具有刚度大、精度高的特点，实现动平台在空间内具有两个转动和三个移动的位姿调整与推进作用。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
该并联机构共包括四个部分：五条用于驱动的主动支链、一条提供约束的被动支链、动平台、固定平台。
主动支链为三角形闭环结构，由一个移动副、两个转动副、一个虎克铰和一个复合球铰构成。复合球铰位于闭环结构的上顶点，并同时与动平台相连；转动副分别位于闭环结构的两个下顶点且相互平行；移动副位于靠外侧的一边，为驱动副；虎克铰位于靠下侧的一边，并同时与固定平台相连。各运动副之间均由刚性杆件连接。
被动支链开链结构，最顶部为虎克铰，同时与动平台相连；中部为移动副；下部为平行六面体结构，同时与固定平台相连。对于平行六面体结构，其由八个虎克铰、四个连杆和上下两个平台组成。平台的八个顶点各有一个虎克铰，同一平台位于对角的两个虎克铰的一条轴线共线，另一条轴线相互平行，上下平台的虎克铰之间通过连杆相连。
动平台与主动支链的连接点构成轴对称五边形，与被动支链的连接点位于平台中间；固定平台与被动支链的连接点构成正五边形，与被动支链的连接点位于正五边形中心。
本发明和已有技术相比所具有的优点：
该机构的驱动支链由于采用了闭环结构，其结构稳定性和刚度相比于传统机构有了很大的提升，同样驱动副也由于支链受力的减小可以选择功率较小、精度更高的驱动电机。
当动平台进行相同运动时，该机构驱动副的变化量更大，即驱动副相对于动平台运动的分辨率更高，因此该机构的精度更高。
附图说明
图1该并联机构的是结构示意图。
图2是支链一组件的结构示意图。
图3是支链六组件的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。
本发明为一种还有闭环支链的具有两转动三移动的五自由度并联机构。如图所示，机构由主动支链(支链一至五)、被动支链(支链六)、固定平台1、动平台2组成。
支链一由虎克铰U1、转动副R11和R12、移动副P1、复合球铰S1和连杆3至6组成。虎克铰U1的一个转动轴与固定平台1连接；虎克铰U1的另一个转动轴与杆3的一端连接，且两者方向共线；杆3的另一端通过转动副R1和R2分别与杆4和杆6一端连接，且R11和R12的轴线方向平行；杆4另一端通过移动副P1与杆5一端连接；杆5、杆6的另一端与动平台2三者通过复合球铰S1连接。支链二至五的连接方式与支链一相同。
支链六由虎克铰U61至U69、移动副P6、连杆7至11、平台12组成。虎克铰U61至U64的一个转动轴围绕固定平台1的中心连接，其中U61和U63、U62和U64的该转动轴方向共线，U61和U62的该转动轴方向垂直；虎克铰U61至U64的另一个转动轴分别与连杆7至10的一端连接；连杆7至10的另一端与虎克铰U65至U68的一个转动轴连接，且连杆之间相互平行；虎克铰U65至U68的另一个转动轴与平台12的四角连接，且布局形式与U61至U64相同；平台12通过移动副P6与连杆11的一端连接；连杆11的另一端与虎克铰U69的一个转动轴连接；虎克铰U69的另一个转动轴与动平台6中心连接。
初始安装时，动平台6与固定平台1平行；支链六与固定平台1垂直，即连杆7至10与固定平台1垂直。在本机构中，驱动副分别为移动副P1至P5共五个驱动。动平台为末端执行器，当五个驱动联合驱动时，动平台可做两转动三移动的五自由度运动。

Claims (4)

1.一种含闭环支链的五自由度并联机构，该并联机构共包括四个部分：五条用于驱动的主动支链、一条提供约束的被动支链、动平台、固定平台。动平台与主动支链的连接点构成轴对称五边形，与被动支链的连接点位于平台中间；固定平台与被动支链的连接点构成正五边形，与被动支链的连接点位于正五边形中心。
2.根据权利要求1所述的含闭环支链的五自由度并联机构，其特征在于：主动支链为三角形闭环结构，由一个移动副、两个转动副、一个虎克铰和一个复合球铰构成。复合球铰位于闭环结构的上顶点，并同时与动平台相连；转动副分别位于闭环结构的两个下顶点且相互平行；移动副位于靠外侧的一边；虎克铰位于靠下侧的一边，并同时与固定平台相连。各运动副之间均由刚性杆件连接。
3.根据权利要求1所述的含闭环支链的五自由度并联机构，其特征在于：被动支链开链结构，最顶部为虎克铰，同时与动平台相连；中部为移动副；下部为平行六面体结构，同时与固定平台相连。
4.根据权利要求1所述的含闭环支链的五自由度并联机构，其特征在于：位于主动支链上的移动副为驱动副，被动支链不含驱动副，整个机构共五个驱动副。
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