CN109108948B - 具有3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构 - Google Patents

具有3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构 Download PDF

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    • 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

本发明公开的具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构，包括定平台和动平台，定平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第八连杆连接在动平台上，动平台呈曲面，第一支链的一端连接在定平台上，另一端连接在动平台上，第二支链的一端连接在定平台上，另一端连接在第八连杆的一个自由端上，第三支链的一端连接在定平台上，另一端连接第八连杆的一个自由端上，第八连杆的另一自由端连接转动副R4，转动副R4连接在动平台上；本发明公开的并联机构能满足复杂曲面加工的要求。适合应用于在曲面上工作的操作手，可以应用于焊接飞机机身，也可以用于飞机机翼的组装。

Description

具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及一种具有3R、2R1T和1R2T三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。
具有多种运动模式的并联机构，在机构奇异位形下，具有运动分岔的特性，可以通过较少的驱动副和支链实现多种运动模式，从而适应多种不同的工作需要。并且这类机构的运动模式变换，不需要对机构进行重新组装，运动模式的变换速度快、过程简便。目前，具有三转动（3R）、一转动两移动（1R2T）、两转动一移动（2R1T），三种运动模式的三自由度并联机构比较少见。这类新型并联机构能够适应多种不同的运动方式，适应多种境况下的工作，适合应用于在曲面上工作的操作手，可以应用于焊接飞机机身，也可以用于飞机机翼的组装，可以做机器人的肩关节、腕关节，电子灵敏眼，卫星天线的空间方位跟踪系统等，具有刚度高、精确度高、灵巧性强等特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构，解决了目前同时具有3R、2R1T、2T1R三种运动模式的并联机构，变换过程复杂的问题，本发明的并联机构能够满足复杂曲面加工的要求。
本发明所采用的技术方案是，具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构，包括定平台和动平台，定平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第八连杆连接在动平台上，动平台呈曲面，第一支链的一端连接在定平台上，另一端连接在动平台上，第二支链的一端连接在定平台上，另一端连接在第八连杆的一端上，第三支链的一端连接在定平台上，另一端连接第八连杆的一端上，第八连杆的另一自由端连接转动副R4，转动副R4连接在动平台上，转动副R12连接第一转动驱动电机。
本发明的其他特点还在于，
第一支链包括转轴一端固接在定平台上的转动副R11，转动副R11依次连接转动副R12、第一连杆、转动副R13、第二连杆、转动副R14和转动副R15，转动副R15连接在动平台上。
转动副R11与转动副R12的转轴相交形成万向铰，转动副R14与转动副R15的转轴相交形成万向铰；转动副R15与转动副R4的转轴相交形成万向铰。
第二支链包括转轴一端固接在定平台上的转动副R21，转动副R21依次连接转动副R22、第三连杆、转动副R23、第四连杆、转动副R24和转动副R25，转动副R25连接在第八连杆的一端，转动副R22连接第二转动驱动电机，转动副R21连接辅助驱动电机。
转动副R21与转动副R22的转轴相交形成万向铰，转动副R24与转动副R25的转轴相交形成万向铰。
第三支链包括转轴一端固接在定平台上的转动副R31，转动副R31的转轴另一端依次连接第五连杆、转动副R32、第六连杆、转动副R33、第七连杆和转动副R34，转动副R34连接在第八连杆的一端上，转动副R31连接第三转动驱动电机。
本发明的有益效果是，具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构，解决了目前同时具有3R、2R1T、2T1R三种运动模式的并联机构，变换过程复杂的问题，本发明的并联机构能满足复杂曲面加工的要求。适合应用于在曲面上工作的操作手，可以应用于焊接飞机机身，也可以用于飞机机翼的组装，可以做机器人的肩关节、腕关节，电子灵敏眼，卫星天线的空间方位跟踪系统等，具有刚度高、精确度高、灵巧性强等特点。
附图说明
图1是本发明的一种具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构2T1R运动模式下机构位形示意图；
图2是本发明的一种具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构2T2R瞬时自由度下机构位形示意图；
图3是本发明的一种具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构的2R1T运动模式下机构位形示意图；
图4是本发明的一种具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构的3R1T瞬时自由度下机构位形示意图；
图5是本发明的一种具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构的3R运动模式下机构位形示意图。
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.动平台，10.定平台。
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3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构，包括定平台10和动平台9，定平台10分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第八连杆8连接在动平台9上，动平台9呈曲面，第八连杆包括两两相互垂直的三个直杆，三个直杆的一端固接在一起，三个直杆的三个自由端分别连接有第二支链、第三支链和转动副R4，第一支链的一端连接在定平台10上，另一端连接在动平台9上，第二支链的一端连接在定平台10上，另一端连接在第八连杆8的一个自由端上，第三支链的一端连接在定平台10上，另一端连接第八连杆8的一个自由端上，第八连杆8的另一自由端连接转动副R4，转动副R4连接在动平台9上。
第一支链包括转轴一端固接在定平台10上的转动副R11，转动副R11依次连接转动副R12、第一连杆1、转动副R13、第二连杆2、转动副R14和转动副R15，转动副R15连接在动平台9上，转动副R12连接第一转动驱动电机。
转动副R11与转动副R12的转轴相交形成万向铰，转动副R14与转动副R15的转轴相交形成万向铰；转动副R15与转动副R4的转轴相交形成万向铰。
第二支链包括转轴一端固接在定平台10上的转动副R21，转动副R21依次连接转动副R22、第三连杆3、转动副R23、第四连杆4、转动副R24和转动副R25，转动副R25连接在第八连杆8的一端，转动副R22连接第二转动驱动电机，转动副R21连接辅助驱动电机。
转动副R21与转动副R22的转轴相交形成万向铰，转动副R24与转动副R25的转轴相交形成万向铰。
第三支链包括转轴一端固接在定平台10上的转动副R31，转动副R31的转轴另一端依次连接第五连杆5、转动副R32、第六连杆6、转动副R33、第七连杆7和转动副R34，转动副R34连接在第八连杆8的一端上，转动副R31连接第三转动驱动电机。
在图1所示的机构位形下，转动副R11的转轴轴线平行于Y轴，转动副R12、转动副R13和转动副R14的转轴轴线平行于Z轴；转动副R21的转轴轴线平行于Z轴，转动副R22、转动副R23和转动副R24的转轴轴线平行于平面OXY；转动副R31、转动副R32和转动副R33的转轴轴线平行于Z轴，转动副R34的转轴轴线平行于平面OXY；转动副R4的转轴轴线平行于平面OXY。
在图1所示的机构位形下，转动副R11与转动副R12的转轴相交形成万向铰，转动副R14与转动副R15的转轴相交形成万向铰；转动副R15与转动副R4的转轴相交形成万向铰；转动副R21与转动副R22的转轴相交形成万向铰，转动副R24与转动副R25的转轴相交形成万向铰；转动副R15、转动副R4、转动副R25和转动副R34转轴相交于第八连杆8上点O。
当机构在图1所示的位形下，机构具有2T1R运动模式，控制转动副R12、转动副R22、转动副R31可实现机构在2T1R运动模式下的控制。
当机构在图1所示的位形下，做有限位移后，机构处于图2所示机构位形，转动副R25与转动副R34轴线平行，且转动副R21与转动副R25的转轴轴线不重合，此时机构具有2R2T瞬时自由度，此机构位形下，控制转动副R12、转动副R21、转动副R22和转动副R31可实现对机构的控制。
当机构从图2所示的位形下，绕转动副R34的转轴轴线做转动后，机构处于图3所示的位形，此位形下，机构具有2R1T运动模式，控制转动副R12、转动副R22和转动副R31可实现对机构的控制。
当机构从图3所示的位形下，做移动后，转动副R21过第八连杆8上的点O时，机构此时具有3R1T瞬时自由度，控制转动副R12、转动副R21、转动副R22和转动副R31可实现对机构的控制。
当机构从图4所示的位形下，动平台9绕平行于R34的轴线转动后，机构处于图5所示位形，此位形下，机构具有3R运动模式，控制转动副R12、转动副R21和转动副R31可实现对机构的控制。
本发明的具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构，第二支链与第三支链连接在第八连杆8上串联转动副R4得到混联支链，与第一支链连接动平台和定平台，使用较少的驱动电机实现了多种运动模式。本发明的并联机构的整体易于制造，控制简单，灵活性好，适合应用于在曲面上工作的操作手，可以应用于焊接飞机机身，也可以用于飞机机翼的组装，可以做机器人的肩关节、腕关节，电子灵敏眼，卫星天线的空间方位跟踪系统等，具有刚度高、精确度高、灵巧性强等特点。

Claims (1)

1.具有3R、2R1T和1R2T三种运动模式的并联机构，其特征在于，包括定平台（10）和动平台（9），所述定平台（10）分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第八连杆（8）连接在所述动平台（9）上，所述动平台（9）呈曲面，所述第一支链的一端连接在所述定平台（10）上，另一端连接在所述动平台（9）上，所述第二支链的一端连接在所述定平台（10）上，另一端连接在所述第八连杆（8）的一端上，所述第三支链的一端连接在所述定平台（10）上，另一端连接第八连杆（8）的一端上，所述第八连杆（8）的另一自由端连接转动副R4，所述转动副R4连接在所述动平台（9）上，所述第一支链包括转轴一端固接在所述定平台（10）上的转动副R11，所述转动副R11依次连接转动副R12、第一连杆（1）、转动副R13、第二连杆（2）、转动副R14和转动副R15，所述转动副R15连接在所述动平台（9）上，所述转动副R12连接第一转动驱动电机，所述转动副R11与所述转动副R12的转轴相交形成万向铰，所述转动副R14与所述转动副R15的转轴相交形成万向铰；所述转动副R15与转动副R4的转轴相交形成万向铰，所述第二支链包括转轴一端固接在所述定平台（10）上的转动副R21，所述转动副R21依次连接转动副R22、第三连杆（3）、转动副R23、第四连杆（4）、转动副R24和转动副R25，所述转动副R25连接在第八连杆（8）的一端，所述转动副R22连接第二转动驱动电机，所述转动副R21连接辅助驱动电机，所述转动副R21与所述转动副R22的转轴相交形成万向铰，所述转动副R24与所述转动副R25的转轴相交形成万向铰，所述第三支链包括转轴一端固接在所述定平台（10）上的转动副R31，所述转动副R31的转轴另一端依次连接第五连杆（5）、转动副R32、第六连杆（6）、转动副R33、第七连杆（7）和转动副R34，所述转动副R34连接在第八连杆（8）的一端上，所述转动副R31连接第三转动驱动电机。
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