CN108908296B - 具有3r1t和2r2t两种运动模式的并联机构 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/08—Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions

Abstract

本发明公开的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构，包括矩形动平台B1B2B3B4和矩形定平台A1A2A3A4，定平台A1A2A3A4分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B4连接，第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B4的连接处分别记为B1、B2、B3和B4。本发明公开的并联机构具有两种不同的四自由度运动模式，在3R1T或2R2T的运动模式中，只需要四个驱动就能实现对该机构的控制，以较少的驱动副，可以实现两种不同的运动模式，增大了该机构的应用范围，降低了该机构的制造成本。

Description

具有3R1T和2R2T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3R1T和2R2T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，而少自由度的并联机器人精确度相对较低、灵巧性相对较弱。
发明内容
本发明目的是提供一种具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构，解决了现有并联机构精确度相对较低、灵巧性相对较弱的问题。本发明的装置具有刚度高、精确度高以及灵巧性强的特点。
本发明所采用的技术方案是，具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构，包括矩形动平台B1B2B3B4和矩形定平台A1A2A3A4，定平台A1A2A3A4分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B4连接，第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B4的连接处分别记为B1、B2、B3和B4。
本发明的其他特点还在于：
第一支链包括在定平台A1A2A3A4的A1处安装的万向铰，万向铰连接转动副R11和转动副R12，转动副R11固定连接在A1点处，并且转动副R11的轴线和Y轴平行，转动副R12的轴线和转动副R11 的轴线相交于A1点，万向铰依次连接第一连杆、移动副P13、第二连杆，第二连杆通过万向铰连接在动平台的B1点处，万向铰上连接有两个轴线相交的转动副R15和转动副R14。
第二支链包括与定平台A1A2A3A4的A2点连接的移动副P21，移动副P21连接第三连杆，第三连杆通过球铰S22与第四连杆连接，第四连杆通过移动副P23连接在所述动平台B1B2B3B4的B2点处。
第三支链包括连接在定平台A1A2A3A4的A3点处的球副S31，球副S31连接第五连杆，第五连杆通过移动副P32连接第六连杆，第六连杆通过球副S33连接在动平台B1B2B3B4的B3点处。
第四支链包括连接在定平台A1A2A3A4的A4点处的球副S43，球副S43连接第七连杆，第七连杆通过移动副P42连接第八连杆，第八连杆通过球副S44连接在动平台B1B2B3B4的B4点处。
本发明的有益效果是，一种具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构，解决了现有并联机构精确度相对较低、灵巧性相对较弱的问题。本发明的装置具有刚度高、精确度高以及灵巧性强的特点。该装置具有两种不同的四自由度运动模式，在3R1T或2R2T的运动模式中，只需要4个驱动就能实现对该机构的控制，以较少的驱动副，可以实现两种不同的运动模式，增大了该机构的应用范围，降低了该机构的制造成本。
附图说明
图1是本发明的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构的结构示意图；
图2是本发明的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构的处于2R2T运动模式下的结构示意图；
图3是本发明的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构处于3R1T运动模式下的结构示意图。
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.定平台，10.动平台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构，如图1 所示，包括矩形动平台B1B2B3B410和矩形定平台A1A2A3A49，定平台A1A2A3A49分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B410连接，第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B410的连接处分别记为B1、B2、B3和 B4。
第一支链包括在定平台A1A2A3A4的A1处安装的万向铰，万向铰连接转动副R11和转动副R12，转动副R11固定连接在A1点处，并且转动副R11的转轴轴线和Y轴平行，转动副R12的转轴轴线和转动副R11的轴线相交于A1点，万向铰依次连接第一连杆1、移动副P13、第二连杆2，第二连杆2通过万向铰连接在动平台的B1点处，万向铰上连接有两个转轴轴线相交的转动副R15和转动副R14。
第二支链包括与定平台A1A2A3A49的A2点连接的移动副 P21，移动副P21连接第三连杆3，第三连杆3通过球铰S22与第四连杆4连接，第四连杆4通过移动副P23连接在动平台B1B2B3B410 的B2点处。
第三支链包括连接在定平台A1A2A3A49的A3点处的球副S31，球副S31连接第五连杆5，第五连杆5通过移动副P32连接第六连杆 6，第六连杆6通过球副S33连接在动平台B1B2B3B410的B3点处。
第四支链包括连接在定平台A1A2A3A49的A4点处的球副S43，球副S43连接第七连杆7，第七连杆7通过移动副P42连接第八连杆 8，第八连杆8通过球副S44连接在动平台B1B2B3B4的B4点处。
本发明的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构，如图1 所示的位形下，此时机构具有3R2T运动模式，该运动模式具有瞬时性，动平台具有3个转动自由度和沿Y、Z轴方向的2个移动自由度。控制4条支链中的5个移动驱动副，使得机构到达图2、图3中不同运动模式的机构位形；
动平台10沿平行于支链2的移动副P23移动，得到图2所示机构位形，此时机构具有2R2T运动模式，动平台具有绕平行于R11和 R12两个转轴转动的2个转动自由度，和沿Y、Z轴移动的2个移动移动自由度；
处于机构3R1T运动模式与2R2T运动模式的变换位形，图1所示机构位形下，定平台9绕球副S22，沿第一支链中连接动平台B1 点处的万向铰中的转动副R15的转轴轴线转动后，得到图3所示机构位形，此时机构具有3R1T运动模式，动平台10可绕球副S22做3 个自由度的转动，可以沿Y轴做一个自由度的移动；在机构处于图1 所示机构位形下，控制4条支链中的5个移动副，使得机构到达图2、图3中不同运动模式的机构位形。
在第一支链中的移动副P13上设置驱动电机作为驱动副，第二支链中的两个移动副P21、P23上设置驱动电机作为驱动副；第二支链中的移动驱动副P23为辅助移动驱动副，只在该机构运动模式变换的位形下工作；第三支链中的移动副P32和第四支链中的移动副P42 上设置移动驱动电机。
当动平台10沿Z轴正向移动有限位移，机构位于图2所示机构位形，此时机构具有2R2T运动模式，动平台可以沿Y、Z轴移动，可以沿平行与X轴、Y轴的转轴转动，控制第一支链的移动副P12、第三支链移动副P32和第四支链中的移动副P42，控制第二支链中连接定平台的移动副P21，可以实现2R2T运动模式下机构的控制。
当机构处于图3所示机构位形下，控制第一支链中的移动副P12、第三支链中的移动副P32和第四支链中的移动副P42，控制第二支链中连接定平台的移动副P21可以实现3R1T运动模式下机构的控制。

Claims (1)

1.具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构，其特征在于，包括矩形动平台B1B2B3B4(10)和矩形定平台A1A2A3A4(9)，所述定平台A1A2A3A4(9)分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与所述动平台B1B2B3B4(10)连接，所述第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与所述动平台B1B2B3B4(10)的连接处分别记为B1、B2、B3和B4；
所述第一支链包括在所述定平台A1A2A3A4(9)的A1处安装的万向铰，所述万向铰连接转动副R11和转动副R12，所述转动副R11固定连接在A1点处，并且转动副R11的轴线和Y轴平行，所述转动副R12的轴线和所述转动副R11的轴线相交于A1点，所述万向铰依次连接第一连杆(1)、移动副P13、第二连杆(2)，所述第二连杆(2)通过万向铰连接在所述动平台B1B2B3B4(10)的B1点处，所述万向铰上连接有两个轴线相交的转动副R15和转动副R14；
所述第二支链包括与所述定平台A1A2A3A4(9)的A2点连接的移动副P21，所述移动副P21连接第三连杆(3)，所述第三连杆(3)通过球铰S22与第四连杆(4)连接，所述第四连杆(4)通过移动副P23连接在所述动平台B1B2B3B4(10)的B2点处；
所述第三支链包括连接在所述定平台A1A2A3A4(9)的A3点处的球副S31，所述球副S31连接第五连杆(5)，所述第五连杆(5)通过移动副P32连接第六连杆(6)，所述第六连杆(6)通过球副S33连接在所述动平台B1B2B3B4(10)的B3点处；
所述第四支链包括连接在所述定平台A1A2A3A4(9)的A4点处的球副S43，所述球副S43连接第七连杆(7)，所述第七连杆(7)通过移动副P42连接第八连杆(8)，所述第八连杆(8)通过球副S44连接在所述动平台B1B2B3B4(10)的B4点处；
在第一支链中的移动副P13上设置驱动电机作为驱动副，第二支链中的两个移动副P21、P23上设置驱动电机作为驱动副，第三支链中的移动副P32和第四支链中的移动副P42上设置移动驱动电机。
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