CN109108950B - 一种低运动质量的空间三自由度并联机构及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低运动质量的空间三自由度并联机构及使用方法，包括机架、运动平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，运动平台经第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与机架连接在一起，自机架到运动平台，第一支链相继分布有移动副、转动副和球副；第二支链相继分布有移动副、虎克铰和转动副；第三支链相继分布有移动副、转动副和球副；第四支链相继分布有移动副、虎克铰和转动副，本并联机构结构简单，设计合理，具有模块化程度高、承载能力强、运动质量低等特点，即可作为独立模块实现两转动一平动的动作，亦可通过串接不同形式的末端执行器实现多种形式的混联机床，在高速、精密以及高刚度加工领域都有着广泛的应用前景。

Description

一种低运动质量的空间三自由度并联机构及使用方法

技术领域

本发明涉及一种低运动质量的空间三自由度并联机构及使用方法。

背景技术

少自由度并联机构，特别是具有两转动一平动（2R1T）的三自由度并联机构，凭借其结构简单、紧凑、易于实现控制以及制造成本相对较低等优点，已然成为机器人领域的一大研究热点。鉴于2R1T并联机构所具有良好的定位精度、结构刚度、加工性能以及动力学性能，大量的五自由度混联机器人采用了这类机构串接具有两自由度转动头或两自由度x-y移运动平台的设计方案，其中最具代表性的有：专利WO2006054935中提出的Exechon机构、专利US4732525中提出的Tricept机构、专利CN1524662A中提出的TriVariant机构等。

在这些2R1T并联机构中，机构刚度和灵巧度低，机构较为复杂，而且运动构件数较多，维护成本高，操作复杂、繁琐。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种低运动质量的空间三自由度并联机构及使用方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种低运动质量的空间三自由度并联机构，包括机架、运动平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，运动平台经第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与机架连接在一起，第一支链为PRS型运动支链，第二支链为PUR型运动支链，第三支链为PRS型运动支链，第四支链为PUR型运动支链；自机架到运动平台，第一支链相继分布有移动副、转动副和球副；第二支链相继分布有移动副、虎克铰和转动副；第三支链相继分布有移动副、转动副和球副；第四支链相继分布有移动副、虎克铰和转动副。

进一步的，所述机架包括底板，底板上固定安装有两个竖杆，两个竖杆经前后侧面经两个横杆相连接，两个横杆通过一纵杆相连接，纵杆下侧面设置有纵向导轨，竖杆内侧面竖直设置有竖向导轨，第一支链、第三支链的移动副分别连接两侧的竖杆内侧的竖向导轨，第二支链、第四支链的移动副分别连接纵杆下侧面的纵向导轨。

进一步的，所述第一支链包括第一滑块、第一连杆、第一球副，第一滑块与第一连杆一端铰接形成第一转动副，第一球副与第一连杆另一端相连接，第一滑块与竖向导轨配合形成第一移动副，第一移动副作为机构的主动运动副，第一球副与运动平台相连接，组成PRS型运动支链，当第一移动滑块在与之相配合的竖向导轨上运动时，使通过第一转动副连接的第一连杆相对机架发生运动。

进一步的，所述第二支链包括依次连接的第二滑块、第一虎克铰、第二连杆、第二转动副，第二滑块、第二连杆分别与第一虎克铰两个连接端铰接，第二滑块与纵向导轨配合形成第二移动副，第二移动副作为机构的主动运动副，第二转动副与运动平台相连接，组成PUR型运动支链，当第二滑块在与之相配合的纵向导轨上运动时，使通过第一虎克铰连接的第二连杆相对机架发生运动。

进一步的，所述第三支链包括第三滑块、第三连杆、第二球副，第三滑块与第三连杆一端铰接形成第三转动副，第二球副与第三连杆另一端相连接，第三滑块与竖向导轨配合形成第三移动副，第三移动副作为机构的主动运动副，第二球副与运动平台相连接，组成PRS型运动支链，当第三移动滑块在与之相配合的竖向导轨上运动时，使通过第三转动副连接的第三连杆相对机架发生运动。

进一步的，所述第四支链包括依次连接的第四滑块、第二虎克铰、第四连杆、第四转动副，第四滑块、第四连杆分别与第二虎克铰两个连接端铰接，第四滑块与纵向导轨配合形成第四移动副，第四移动副作为机构的主动运动副，第四转动副与运动平台相连接，组成PUR型运动支链，当第四滑块在与之相配合的纵向导轨上运动时，使通过第二虎克铰连接的第四连杆相对机架发生运动。

一种低运动质量的空间三自由度并联机构的使用方法：根据并联机构运动机理，在第一支链、第二支链、第三支链、第四支链上的各个移动副共同作用下，唯一确定运动平台一个位姿，从而实现运动平台相对机架两转动与一平动的动作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单，设计合理，实现运动平台相对机架可实现2R1T三自由度的运动输出；具有四条运动支链，冗余约束的方式有利于机构整体刚度的提高；具有模块化程度高、承载能力强、运动质量低等特点，即可作为独立模块实现两转动一平动的动作，亦可通过串接不同形式的末端执行器实现多种形式的混联机床，在高速、精密以及高刚度加工领域都有着广泛的应用前景。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的构造示意图一；

图2为本发明实施例的构造示意图二；

图3为本发明实施例中第一支链的构造示意图；

图4为本发明实施例中第二支链的构造示意图；

图5为本发明实施例中第三支链的构造示意图；

图6为本发明实施例中第四支链的构造示意图。

图中：

1-第一支链；101-第一滑块；102-第一连杆；2-第二支链；201-第二滑块；202-第二连杆；3-第三支链；301-第三滑块；302-第三连杆；4-第四支链；401-第四滑块；402-第四连杆；5-运动平台；6-机架；601-底板；602-竖杆；7-竖向导轨；8-纵向导轨；9-纵杆；P1-第一移动副；P2-第二移动副；P3-第三移动副；P4-第四移动副；R1-第一转动副；R2-第二转动副；R3-第三转动副；R4-第四转动副； S1-第一球副；S2-第二球副；U1-第一虎克铰；U2-第二虎克铰。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1-6所示，一种低运动质量的空间三自由度并联机构，包括机架、运动平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，运动平台经第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与机架连接在一起，第一支链、第二支链、第三支链、第四支链，分别连接运动平台左侧、前侧、右侧、后侧，第一支链为PRS型运动支链，第二支链为PUR型运动支链，第三支链为PRS型运动支链，第四支链为PUR型运动支链；自机架到运动平台，第一支链相继分布有移动副、转动副和球副；第二支链相继分布有移动副、虎克铰和转动副；第三支链相继分布有移动副、转动副和球副；第四支链相继分布有移动副、虎克铰和转动副。

在本实施例中，所述机架包括底板，底板上固定安装有两个竖杆，两个竖杆经前后侧面经两个横杆相连接，两个横杆通过一纵杆相连接，纵杆下侧面设置有纵向导轨，竖杆内侧面竖直设置有竖向导轨，第一支链、第三支链的移动副分别连接两侧的竖杆内侧的竖向导轨，第二支链、第四支链的移动副分别连接纵杆下侧面的纵向导轨。。

在本实施例中，所述第一支链包括第一滑块、第一连杆、第一球副，第一滑块与第一连杆一端铰接形成第一转动副，第一球副与第一连杆另一端相连接，第一滑块与竖向导轨配合形成第一移动副，第一移动副作为机构的主动运动副，第一球副与运动平台相连接，组成PRS型运动支链，当第一移动滑块在与之相配合的竖向导轨上运动时，使通过第一转动副连接的第一连杆相对机架发生运动。

在本实施例中，所述第二支链包括依次连接的第二滑块、第一虎克铰、第二连杆、第二转动副，第二滑块、第二连杆分别与第一虎克铰两个连接端铰接，第二滑块与纵向导轨配合形成第二移动副，第二移动副作为机构的主动运动副，第二转动副与运动平台相连接，组成PUR型运动支链，当第二滑块在与之相配合的纵向导轨上运动时，使通过第一虎克铰连接的第二连杆相对机架发生运动。

在本实施例中，所述第三支链包括第三滑块、第三连杆、第二球副，第三滑块与第三连杆一端铰接形成第三转动副，第二球副与第三连杆另一端相连接，第三滑块与竖向导轨配合形成第三移动副，第三移动副作为机构的主动运动副，第二球副与运动平台相连接，组成PRS型运动支链，当第三移动滑块在与之相配合的竖向导轨上运动时，使通过第三转动副连接的第三连杆相对机架发生运动。

在本实施例中，所述第四支链包括依次连接的第四滑块、第二虎克铰、第四连杆、第四转动副，第四滑块、第四连杆分别与第二虎克铰两个连接端铰接，第四滑块与纵向导轨配合形成第四移动副，第四移动副作为机构的主动运动副，第四转动副与运动平台相连接，组成PUR型运动支链，当第四滑块在与之相配合的纵向导轨上运动时，使通过第二虎克铰连接的第四连杆相对机架发生运动。

一种低运动质量的空间三自由度并联机构的使用方法：根据并联机构运动机理，根据并联机构运动机理，在第一支链、第二支链、第三支链、第四支链上的各个移动副共同作用下(即在第一移动副、第二移动副、第三移动副、第四移动副的共同作用下)唯一确定运动平台一个位姿，从而实现运动平台相对机架两转动与一平动的动作。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的一种低运动质量的空间三自由度并联机构。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种低运动质量的空间三自由度并联机构，其特征在于：包括机架、运动平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，运动平台经第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与机架连接在一起，第一支链为PRS型运动支链，第二支链为PUR型运动支链，第三支链为PRS型运动支链，第四支链为PUR型运动支链；自机架到运动平台，第一支链相继分布有移动副、转动副和球副；第二支链相继分布有移动副、虎克铰和转动副；第三支链相继分布有移动副、转动副和球副；第四支链相继分布有移动副、虎克铰和转动副；所述机架包括底板，底板上固定安装有两个竖杆，两个竖杆经前后侧面经两个横杆相连接，两个横杆通过一纵杆相连接，纵杆下侧面设置有纵向导轨，竖杆内侧面竖直设置有竖向导轨，第一支链、第三支链的移动副分别连接两侧的竖杆内侧的竖向导轨，第二支链、第四支链的移动副分别连接纵杆下侧面的纵向导轨；所述第一支链包括第一滑块、第一连杆、第一球副，第一滑块与第一连杆一端铰接形成第一转动副，第一球副与第一连杆另一端相连接，第一滑块与竖向导轨配合形成第一移动副，第一移动副作为机构的主动运动副，第一球副与运动平台相连接，组成PRS型运动支链，当第一滑块在与之相配合的竖向导轨上运动时，使通过第一转动副连接的第一连杆相对机架发生运动；所述第二支链包括依次连接的第二滑块、第一虎克铰、第二连杆、第二转动副，第二滑块、第二连杆分别与第一虎克铰两个连接端铰接，第二滑块与纵向导轨配合形成第二移动副，第二移动副作为机构的主动运动副，第二转动副与运动平台相连接，组成PUR型运动支链，当第二滑块在与之相配合的纵向导轨上运动时，使通过第一虎克铰连接的第二连杆相对机架发生运动；所述第三支链包括第三滑块、第三连杆、第二球副，第三滑块与第三连杆一端铰接形成第三转动副，第二球副与第三连杆另一端相连接，第三滑块与竖向导轨配合形成第三移动副，第三移动副作为机构的主动运动副，第二球副与运动平台相连接，组成PRS型运动支链，当第三滑块在与之相配合的竖向导轨上运动时，使通过第三转动副连接的第三连杆相对机架发生运动；所述第四支链包括依次连接的第四滑块、第二虎克铰、第四连杆、第四转动副，第四滑块、第四连杆分别与第二虎克铰两个连接端铰接，第四滑块与纵向导轨配合形成第四移动副，第四移动副作为机构的主动运动副，第四转动副与运动平台相连接，组成PUR型运动支链，当第四滑块在与之相配合的纵向导轨上运动时，使通过第二虎克铰连接的第四连杆相对机架发生运动。

2.一种低运动质量的空间三自由度并联机构的使用方法，采用如权利要求1所述的低运动质量的空间三自由度并联机构，其特征在于：根据并联机构运动机理，在第一支链、第二支链、第三支链、第四支链上的各个移动副共同作用下，唯一确定运动平台一个位姿，从而实现运动平台相对机架两转动与一平动的动作。

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