CN109015597A - 一种新型三平移分支不完全对称的并联机构 - Google Patents

Abstract

一种三平移分支不完全对称并联机构，其包括动平台、定平台以及连接它们的三条运动链，三条运动链均包括四个连杆，其中第一连杆通过转动副与定平台铰接，第二连杆通过移动副与第一连杆连接，通过转动副与第三连杆铰接，第四连杆通过转动副与第四连杆连接，通过转动副与动平台连接；三条运动链关于定平台中心呈120°均匀分布，第一、第二和第三运动链的第1、2个转动副轴线平行，且第3、4个转动副轴线平行，第一、第二运动链的第4个转动副轴线与动平台垂直相交，且第2、3个转动副轴线空间正交，第三运动链的第4个转动副轴线与动平台斜交，且第2、3个转动副轴线空间异面呈45°角度。本发明具有结构紧凑、易于制造和装配、工作空间较大等优点。

Description

一种新型三平移分支不完全对称的并联机构

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种并联机构。

技术背景

并联机构具有高刚度，高精度，高承载能力等优点。其中三自由度平移并联机构是少自由度并联机构研究的重要分支之一，三平移并联机构的运动学反解简单，易于轨迹规划和控制，广泛应用于精密加工、医学、微电子、精密工程等领域，如三维坐标测量机、航空三维防震射击平台、三维装配机器人等。并联机构的操作手已得到了工业应用，特别是实现空间三平移功能的操作手，已在高速抓放、定位装配、搬运、分拣、上下料等工艺上发挥了很好的作用。

经过检索发现，现有的3-RPRRR并联机构为对称机构，三条分支在结构上完全相同，且关于动平台中心呈中心对称分布，其差异主要是：有的机构的运动副轴线方向呈现特殊的角度关系；有的机构将移动副排布于与定平台直接固连的位置；有的机构将两个轴线方向正交的转动副替换为虎克铰。文献《一种新型的三自由度3-RPRRR并联平台机构及其位置分析》中的3-RPRRR并联机构中的分支第4、5转动副轴线互相平行且与上平台有夹角，第4转动副与第3转动副的轴线在空间相交于一点并成一定夹角，这样的结构造成机构制造以及装配困难；文献《Kinematic Analysis of a Novel 3-DOF Translational ParallelMechanism》的3-RPRRR并联机构三条分支均相同；文献《3-PRRU并联机器人位置反解和奇异位形的研究》中的3-PRRU并联机构中的移动副与定平台直接固连并且分支中存在虎克铰，这样的结构存在很大约束，所以工作空间较小。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种分支结构简单、易于制造和装配、工作空间较大的三平移分支不完全对称的并联机构。

本发明包括动平台、定平台以及连接动平台和定平台的三条结构相同的运动链，每条运动链的移动副处施加一个驱动，提供驱动力。

所述的三条运动链均包括四个连杆，其中第一连杆的一端通过转动副与定平台铰接，第一连杆的另一端通过移动副与第二连杆的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端通过转动副与第四连杆的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副与动平台连接；

三条运动链关于定平台中心呈120°均匀分布，所述的三条运动链在结构上关于平面对称，三条运动链都是由4个转动副和1个移动副组成，从定平台到动平台，第一运动链和第二运动链的第1、2转动副轴线平行，第3、4转动副轴线平行，第4转动副轴线与动平台垂直相交，且第2、3转动副轴线空间正交；第三运动链的第1、2转动副轴线平行，第3、4转动副轴线平行，第4转动副轴线与此运动副在动平台平面上投影线的夹角为45°，投影线与动平台三角形过此铰接点中线的夹角也为45°，且第2、3转动副轴线空间异面呈45°夹角。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、运动副配置简单，机构易于制造和装配，可靠性和稳定性更高；

2、本机构是关于平面对称的，工作空间同样关于平面对称；

3、运动链由单自由度运动副构成，约束小，工作空间较大。

附图说明

图1为本发明的立体示意简图；

图2为本发明实现空间AB两点间运动一的示意图；

图3为本发明实现空间AB两点间运动二的示意图；

图4为本发明实现空间AB两点间运动三的示意图。

图中：1-定平台、2-第一连杆、3-第二连杆、4-第三连杆、5-第四连杆、6-动平台。

具体实施方式

在图1所示的三平移分支不完全对称的并联机构的示意图中，动平台6和定平台1通过三条结构相同的运动链连接，每条运动链的移动副处施加一个驱动，提供驱动力；第一运动链中的第一连杆2的一端通过转动副A与定平台铰接，第一连杆的另一端通过移动副与第二连杆3的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副D₁与第三连杆4的一端铰接，第三连杆的另一端通过转动副E₁与第四连杆5的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副a与动平台连接；第二运动链中的第一连杆的一端通过转动副B与定平台铰接，第一连杆的另一端通过移动副与第二连杆的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副D₂与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端通过转动副E₂与第四连杆的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副b与动平台连接；第三运动链中的第一连杆的一端通过转动副C与定平台铰接，第一连杆的另一端通过移动副与第二连杆的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副D₃与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端通过转动副E₃与第四连杆的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副c与动平台连接；

如图2-4所示，所述的第一运动链、第二运动链和第三运动链关于定平台中心呈120°均匀分布，在结构上关于平面对称，同时所述的第一运动链和第二运动链的第1转动副(A、B)、第2转动副(D₁、D₂)轴线平行，且第3转动副(E₁、E₂)、第4转动副(a、b)轴线平行，第4转动副(a、b)轴线与动平台6垂直相交，且第2转动副(D₁、D₂)、第3转动副(E₁、E₂)轴线空间正交；第三运动链第1转动副(C)、第2转动副(D₃)轴线平行，第3转动副(E₃)、第4转动副(c)轴线平行，第4转动副(c)轴线与其在动平台平面上投影线的夹角为45°，此投影线与动平台三角形在该顶点的中线的夹角也为45°，且第2转动副(D₃)、第3转动副(E₃)轴线空间异面呈45°夹角。

Claims (1)

1.一种三平移分支不完全对称的并联机构，其包括动平台、定平台以及连接动平台和定平台的三条结构相同的运动链，每条运动链的移动副处施加一个驱动，其特征在于：所述的三条运动链均包括四个连杆，其中第一连杆的一端通过转动副与定平台铰接，第一连杆的另一端通过移动副与第二连杆的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端通过转动副与第四连杆的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副与动平台连接；

三条运动链关于定平台中心呈120°均匀分布，所述的三条运动链在结构上关于平面对称，三条运动链都是由4个转动副和1个移动副组成，从定平台到动平台，第一运动链和第二运动链的第1、2转动副轴线平行，第3、4转动副轴线平行，第4转动副轴线与动平台垂直相交，且第2、3转动副轴线空间正交；第三运动链的第1、2转动副轴线平行，第3、4转动副轴线平行，第4转动副轴线与此运动副在动平台平面上投影线的夹角为45°，投影线与动平台三角形过此铰接点中线的夹角也为45°，且第2、3转动副轴线空间异面呈45°夹角。