CN109278022B - 一种一维移动二维转动的并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一维移动二维转动的并联机构,包括定平台N、动平台M、两条支链,两条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成;所述定平台、动平台通过复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ连接,两条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动。本发明采用两条支链连接动平台和定平台来构建并联机构,该结构能实现空间一维平动和二维转动,是一种新型的并联机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种一维移动二维转动的并联机构,属于并联机器人技术领域。
背景技术
并联机构有精度较高、运动惯性小、刚性高、结构稳定、工作空间较小、热变形量较小和容易求反解等优点,它可以改善串联机构很难突破的许多限制,因而并联机构引起了国内外学者广泛的研究,是当今极具前景的一类科研项目,但是三自由度的并联机构的研究成果依然不多,目前机构类型也存在结构复杂等缺点,为了增加该类型的机构并达到优选机构的目的,需要创新、综合出更多的一维移动和二维转动的三维并联机构,以达到特定场景中的特定作用,并将其运用于其他工业领域。
发明内容
本发明提供了一种一维移动二维转动的并联机构,通过一条复杂支链和一条简单支链连接动、定平台构成,能够实现空间一维移动和二维转动。
本发明的技术方案是:一种一维移动二维转动的并联机构,包括定平台N、动平台M、两条支链,两条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成;
所述定平台、动平台通过复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ连接,两条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动;
所述复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ结构互不相同,复杂支链Ⅰ对动平台M产生一维移动和二维转动的作用;
所述简单支链Ⅱ和复杂支链Ⅰ结构互不相同,简单支链Ⅱ为无约束支链;
所述两条支链的一端分别与定平台N连接,两条支链另一端分别与动平台M连接,两条支链互不相交。
所述复杂支链Ⅰ由一个具备一维平移与一维转动的子并联机构通过第七连接杆7串联一个固定在动平台M上的转动副R110而成。
所述子并联机构由简单支链a、简单支链b、简单支链c和子动平台P组成;子动平台P采用三角形结构;简单支链a、简单支链b和简单支链c的位置在支链不相交的条件下可经过平移任意交换;简单支链a、简单支链b和简单支链c一端与定平台N连接,简单支链a、简单支链b和简单支链c另一端与子动平台P连接,子动平台P与第七连接杆7连接。
所述简单支链a结构为:第一连接杆1的一端通过转动副R11与定平台N连接,第一连接杆1另一端通过转动副R12与第二连接杆2的一端连接,第二连接杆2另一端连接转动副R13,转动副R13与子并联机构的子动平台P连接;其中,转动副R11、转动副R12和转动副R13轴线平行,并且简单支链a中以转动副R11作为驱动副;简单支链a能由SOC{-R‖R⊥P-}支链替代;
所述简单支链b结构为:第三连接杆3的一端通过移动副P14与定平台N连接,第三连接杆3另一端通过转动副R15与第四连接杆4的一端连接,第四连接杆4另一端连接转动副R16,转动副R16与子并联机构的子动平台P连接;其中转动副R15与转动副R16的轴线相交于一点,移动副P14垂直于转动副R15的轴线方向,并且简单支链b中以移动副P14作为驱动副;
所述简单支链c结构为:第五连接杆5的一端通过转动副R17与定平台N连接,第五连接杆5另一端通过球副S18与第六连接杆6的一端连接,第六连接杆6的末端与球副S19连接,球副S19固连在子动平台P上;简单支链c中以转动副R17为驱动副;简单支链c能由SOC{-S-P-S-}支链替代;
所述移动副P14垂直于转动副R11的轴线方向;转动副R11平行于转动副R15轴线;复杂支链Ⅰ的转动副R110与转动副R11轴线不平行。
所述简单支链Ⅱ为无约束支链;简单支链Ⅱ的连接方式为:第九连接杆9的一端通过转动副R21与定平台N连接,第九连接杆9另一端通过球副S22与第十连接杆10的一端连接,第十连接杆10的末端与球副S23连接,球副S23固连在动平台M上;简单支链Ⅱ中以转动副R21为驱动副;或者简单支链Ⅱ采用SOC{-S-P-S-}支链替代。
本发明的有益效果是:本发明采用两条支链连接动平台和定平台来构建并联机构,该结构能实现空间一维平动和二维转动,是一种新型的并联机构。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图中各标号为:N-定平台、M-动平台、P-子动平台、1-第一连接杆、2-第二连接杆、3-第三连接杆、4-第四连接杆、5-第五连接杆、6-第六连接杆、7-第七连接杆、9-第九连接杆、10-第十连接杆、Rij-转动副、Pij-移动副、Sij-球副、ij表示下标。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明作进一步说明,但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1:如图1所示,一种一维移动二维转动的并联机构,包括定平台N、动平台M、两条支链,两条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成;所述定平台、动平台通过复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ连接,两条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动;所述复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ结构互不相同,复杂支链Ⅰ对动平台M产生一维移动和二维转动的作用;所述简单支链Ⅱ和复杂支链Ⅰ结构互不相同,简单支链Ⅱ为无约束支链;所述两条支链的一端分别与定平台N连接,两条支链另一端分别与动平台M连接,两条支链互不相交(即复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ的连接位置在支链不相交的条件下可以任意变换;定平台、动平台在支链不相交的情况下可采用任意结构)。
进一步地,可以设置所述复杂支链Ⅰ由一个具备一维平移与一维转动的子并联机构通过第七连接杆7串联一个固定在动平台M上的转动副R110而成。
进一步地,可以设置所述子并联机构由简单支链a、简单支链b、简单支链c和子动平台P组成;子动平台P采用三角形结构;简单支链a、简单支链b和简单支链c的位置在支链不相交的条件下可经过平移任意交换;简单支链a、简单支链b和简单支链c一端与定平台N连接,简单支链a、简单支链b和简单支链c另一端与子动平台P连接,子动平台P与第七连接杆7连接。
进一步地,可以设置所述简单支链a结构为:第一连接杆1的一端通过转动副R11与定平台N连接,第一连接杆1另一端通过转动副R12与第二连接杆2的一端连接,第二连接杆2另一端连接转动副R13,转动副R13与子并联机构的子动平台P连接;其中,转动副R11、转动副R12和转动副R13轴线平行,并且简单支链a中以转动副R11作为驱动副;简单支链a能由SOC{-R‖R⊥P-}支链替代(即R13替换为P13,同时满足R11轴线与R12平行,R12轴线与P13垂直,其它连接关系不变,R表示转动副、S表示球副、P表示移动副);
所述简单支链b结构为:第三连接杆3的一端通过移动副P14与定平台N连接,第三连接杆3另一端通过转动副R15与第四连接杆4的一端连接,第四连接杆4另一端连接转动副R16,转动副R16与子并联机构的子动平台P连接;其中转动副R15与转动副R16的轴线相交于一点,移动副P14垂直于转动副R15的轴线方向,并且简单支链b中以移动副P14作为驱动副;
所述简单支链c结构为:第五连接杆5的一端通过转动副R17与定平台N连接,第五连接杆5另一端通过球副S18与第六连接杆6的一端连接,第六连接杆6的末端与球副S19连接,球副S19固连在子动平台P上;简单支链c中以转动副R17为驱动副;简单支链c能由SOC{-S-P-S-}支链替代(即R17替换为S17,S18替换为P18);
所述移动副P14垂直于转动副R11的轴线方向;转动副R11平行于转动副R15轴线;复杂支链Ⅰ的转动副R110与转动副R11轴线不平行。
进一步地,可以设置所述简单支链Ⅱ为无约束支链;简单支链Ⅱ的连接方式为:第九连接杆9的一端通过转动副R21与定平台N连接,第九连接杆9另一端通过球副S22与第十连接杆10的一端连接,第十连接杆10的末端与球副S23连接,球副S23固连在动平台M上;简单支链Ⅱ中以转动副R21为驱动副;或者简单支链Ⅱ采用SOC{-S-P-S-}支链替代(即R21替换为S21,S22替换为P22)。
本发明的工作原理是:
该机构中,复杂支链Ⅰ单独作用时限制动平台M的一个转动和两个移动,此时动平台具有一平移两转动(1T2R)运动;简单支链Ⅱ为无约束支链,不会对复杂支链Ⅰ的约束结果产生影响,故最终动平台M具有一平移两转动(1T2R)运动。
复杂支链Ⅰ的具体工作原理如下:复杂支链Ⅰ由一个子并联机构和一个转动副R110串联组成;子并联机构由简单支链a、简单支链b、简单支链c三条简单支链组成;a支链单独工作时,会使子动平台P在垂直于转动副R11轴线的平面内具有二维移动,在平行于转动副R11轴线方向具有一维移动;b支链单独工作时,会使子动平台P在平行于移动副P14的方向具有一维移动,在转动副R15和转动副R16的轴线组成的平面内具有二维转动;c支链为无约束支链,不对a、b支链的运动效果产生影响。综合子动平台P的移动方向时,因移动副P14垂直转动副R11,即移动副P14平行垂直于转动副R11的轴线方向的平面,故最终会得到平行于移动副P14方向的一维移动。综合子动平台P的转动方向时,因转动副R11平行于转动副R15,即转动副R11平行于转动副R15的轴线与转动副R16的轴线组成的平面,故最终会得到平行于转动副R11方向的转动;因此子动平台P会具有平行于移动副P14方向的一维移动和平行于转动副R11轴线方向的一维转动。串联转动副R110之后,因为转动副R11与转动副R110不平行,故将会产生二维转动。最终,复杂支链Ⅰ将会输出一平移两转动(1T2R)运动。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (1)
1.一种一维移动二维转动的并联机构,其特征在于:包括定平台(N)、动平台(M)、两条支链,两条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成;
所述定平台(N)、动平台(M)通过复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ连接,两条支链的复合运动构成了动平台(M)的输出运动;
所述复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ结构互不相同,复杂支链Ⅰ对动平台(M)产生一维移动和二维转动的作用;
所述简单支链Ⅱ和复杂支链Ⅰ结构互不相同,简单支链Ⅱ为无约束支链;
所述两条支链的一端分别与定平台(N)连接,两条支链另一端分别与动平台(M)连接,两条支链互不相交;
所述复杂支链Ⅰ由一个具备一维平移与一维转动的子并联机构通过第七连接杆(7)串联一个固定在动平台(M)上的转动副R110而成;
所述子并联机构由简单支链a、简单支链b、简单支链c和子动平台(P)组成;子动平台(P)采用三角形结构;简单支链a、简单支链b和简单支链c的位置在支链不相交的条件下可经过平移任意交换;简单支链a、简单支链b和简单支链c一端与定平台(N)连接,简单支链a、简单支链b和简单支链c另一端与子动平台(P)连接,子动平台(P)与第七连接杆(7)连接;
所述简单支链a结构为:第一连接杆(1)的一端通过转动副R11与定平台(N)连接,第一连接杆(1)另一端通过转动副R12与第二连接杆(2)的一端连接,第二连接杆(2)另一端连接转动副R13,转动副R13与子并联机构的子动平台(P)连接;其中,转动副R11、转动副R12和转动副R13轴线平行,并且简单支链a中以转动副R11作为驱动副;简单支链a能由SOC{-R‖R⊥P-}支链替代;
所述简单支链b结构为:第三连接杆(3)的一端通过移动副P14与定平台(N)连接,第三连接杆(3)另一端通过转动副R15与第四连接杆(4)的一端连接,第四连接杆(4)另一端连接转动副R16,转动副R16与子并联机构的子动平台(P)连接;其中转动副R15与转动副R16的轴线相交于一点,移动副P14垂直于转动副R15的轴线方向,并且简单支链b中以移动副P14作为驱动副;
所述简单支链c结构为:第五连接杆(5)的一端通过转动副R17与定平台(N)连接,第五连接杆(5)另一端通过球副S18与第六连接杆(6)的一端连接,第六连接杆(6)的末端与球副S19连接,球副S19固连在子动平台(P)上;简单支链c中以转动副R17为驱动副;简单支链c能由SOC{-S-P-S-}支链替代;
所述移动副P14垂直于转动副R11的轴线方向;转动副R11平行于转动副R15轴线;复杂支链Ⅰ的转动副R110与转动副R11轴线不平行;
所述简单支链Ⅱ为无约束支链;简单支链Ⅱ的连接方式为:第九连接杆(9)的一端通过转动副R21与定平台(N)连接,第九连接杆(9)另一端通过球副S22与第十连接杆(10)的一端连接,第十连接杆(10)的末端与球副S23连接,球副S23固连在动平台(M)上;简单支链Ⅱ中以转动副R21为驱动副;或者简单支链Ⅱ采用SOC{-S-P-S-}支链替代。
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