CN109278024A - 一种二维移动三维转动的并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二维移动三维转动的并联机构,包括定平台、动平台、四条支链,四条支链中的两条简单支链由简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成;四条支链中的两条复杂支链由复杂支链Ⅲ、复杂支链Ⅳ组成;所述定平台与动平台通过两条复杂支链和两条简单支链连接,四条支链的复合运动构成了动平台的输出运动。本发明采用四条支链连接动平台和定平台来构建并联机构,构建的五维运动的并联机构其运动性能好,所使用的并联机构使得该机构的强度和刚度均较好,还具有结构简单、制造容易等优点,其能实现空间二维平动和三维转动,可用于曲面的加工,焊接等工作环境,是一种新型的并联机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种二维移动三维转动的并联机构,属于并联机器人技术领域。
背景技术
并联机器人在工业生产中得到了广泛的应用。并联机构具有刚度大、适应性强和精度高等优点,所以并联机构引起了国内外学者的研究并应用于各行业的不同领域,是当今极具前景的一类科研项目。并联机构形式多样,但在过去几十年的发展中,并没有出现太多具有二维移动和三维转动的机构,因而为了增加该类型的机构,也为优选机构作参考,有必要构建二维移动和三维转动的五维并联机构,以通过其实现空间复杂曲面的加工,并将其运用于其他工业领域。
发明内容
本发明提供了一种二维移动三维转动的并联机构,通过两条复杂支链和两条简单支链连接动、定平台构成,能够实现空间二维移动和三维转动,可用于空间复杂曲面的加工。
本发明的技术方案是:一种二维移动三维转动的并联机构,包括定平台N、动平台M、四条支链,四条支链中的两条简单支链由简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成;四条支链中的两条复杂支链由复杂支链Ⅲ、复杂支链Ⅳ组成;
所述定平台N与动平台M通过两条复杂支链和两条简单支链连接,四条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动;
所述简单支链Ⅰ和简单支链Ⅱ结构完全相同,两者均对动平台M产生三维移动和三维转动的作用;
所述复杂支链Ⅲ和复杂支链Ⅳ结构完全相同,两者均对动平台M产生二维移动和三维转动的作用。
所述四条支链一端的运动副分别与定平台N连接,四条支链另一端的运动副分别与动平台M连接,四条支链互不相交;复杂支链Ⅲ与定平台N连接的运动副、复杂支链Ⅳ与定平台N连接的运动副的轴线相互平行。
所述简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ为完全相同的无约束支链,采用SPS结构,简单支链Ⅰ结构具体为:第八连接杆8的一端通过球副S21与定平台N连接,第八连接杆8的另一端通过移动副P22与第九连接杆9的一端连接,第九连接杆9的末端与球副S23连接,球副S23连接在动平台M上;或者采用RSS结构。
所述复杂支链Ⅲ由具备空间二维移动和二维转动的子并联机构a通过第七连接杆7串联转动副R110构成。
所述子并联机构a由三条支链和子动平台P组成;所述子动平台P为三角形机构;其中三条支链一端的运动副与定平台N连接,三条支链另一端的运动副与子动平台P连接,子动平台P与第七连接杆7的一端连接,第七连接杆7另一端与转动副R110连接,转动副R110与动平台M固连;三条支链互不相交。
所述三条支链结构分别为:
第一条支链经第一连接杆1一端连接转动副R11,第一连接杆1另一端通过移动副P12连接第二连接杆2一端,第二连接杆2另一端连接球副S13形成,其中转动副R11与定平台N连接;
第二条支链经第三连接杆3一端连接转动副R14,第三连接杆3另一端通过移动副P15连接第四连接杆4一端,第四连接杆4另一端连接球副S16形成;其中转动副R14与定平台N连接;
第三条支链经第五连接杆5一端连接转动副R17,第五连接杆5另一端通过移动副P18连接第六连接杆6一端,第六连接杆6另一端连接球副S19形成;其中转动副R17与定平台N连接;
所述转动副R11、转动副R14和转动副R17的轴线平行于同一个平面;移动副P12垂直于转动副R11的轴线方向,移动副P15垂直于转动副R14的轴线方向,移动副P18垂直于转动副R17的轴线方向;转动副R110的轴线与转动副R11、转动副R14和转动副R17的轴线所组成的平面垂直。
本发明的有益效果是:本发明采用四条支链连接动平台和定平台来构建并联机构,构建的五维运动的并联机构其运动性能好,所使用的并联机构使得该机构的强度和刚度均较好,还具有结构简单、制造容易等优点,其能实现空间二维平动和三维转动,可用于曲面的加工,焊接等工作环境,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、8-第八连接杆、9-第九连接杆、10-第十连接杆、11-第十一连接杆、12-第十二连接杆、13-第十三连接杆、14-第十四连接杆、15-第十五连接杆、16-第十六连接杆、17-第十七连接杆、18-第十八连接杆、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,一种二维移动三维转动的并联机构,包括定平台N、动平台M、四条支链,四条支链中的两条简单支链由简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成;四条支链中的两条复杂支链由复杂支链Ⅲ、复杂支链Ⅳ组成;所述定平台N与动平台M通过两条复杂支链和两条简单支链连接,四条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动;所述简单支链Ⅰ和简单支链Ⅱ结构完全相同,两者均对动平台M产生三维移动和三维转动的作用;所述复杂支链Ⅲ和复杂支链Ⅳ结构完全相同,两者均对动平台M产生二维移动和三维转动的作用。
进一步地,可以设置所述四条支链一端的运动副分别与定平台N连接,四条支链另一端的运动副分别与动平台M连接,四条支链互不相交(四条支链的位置在支链不相交的条件下可以经过平移任意交换,定平台、动平台在支链不相交的情况下可以采用任意结构);复杂支链Ⅲ与定平台N连接的运动副、复杂支链Ⅳ与定平台N连接的运动副的轴线相互平行(如:R11、R14、R17与R41、R44、R47轴线平行)。
进一步地,可以设置所述简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ为完全相同的无约束支链,采用SPS结构,简单支链Ⅰ结构具体为:第八连接杆8的一端通过球副S21与定平台N连接,第八连接杆8的另一端通过移动副P22与第九连接杆9的一端连接,第九连接杆9的末端与球副S23连接,球副S23连接在动平台M上。
进一步地,可以设置所述复杂支链Ⅲ由具备空间二维移动和二维转动的子并联机构a通过第七连接杆7串联转动副R110构成。
进一步地,可以设置所述子并联机构a由三条支链和子动平台P组成;所述子动平台P为三角形机构;其中三条支链一端的运动副与定平台N连接,三条支链另一端的运动副与子动平台P连接,子动平台P与第七连接杆7的一端连接,第七连接杆7另一端与转动副R110连接,转动副R110与动平台M固连;三条支链互不相交。
进一步地,可以设置所述三条支链结构分别为:
第一条支链经第一连接杆1一端连接转动副R11,第一连接杆1另一端通过移动副P12连接第二连接杆2一端,第二连接杆2另一端连接球副S13形成,其中转动副R11与定平台N连接;
第二条支链经第三连接杆3一端连接转动副R14,第三连接杆3另一端通过移动副P15连接第四连接杆4一端,第四连接杆4另一端连接球副S16形成;其中转动副R14与定平台N连接;
第三条支链经第五连接杆5一端连接转动副R17,第五连接杆5另一端通过移动副P18连接第六连接杆6一端,第六连接杆6另一端连接球副S19形成;其中转动副R17与定平台N连接;
所述转动副R11、转动副R14和转动副R17的轴线平行于同一个平面;移动副P12垂直于转动副R11的轴线方向,移动副P15垂直于转动副R14的轴线方向,移动副P18垂直于转动副R17的轴线方向;转动副R110的轴线与转动副R11、转动副R14和转动副R17的轴线所组成的平面垂直。
实施例2:与实施例1基本相同,其不同之处在于:所述简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ采用RSS结构(即S21换成R21,P22换成S22,S31换成R31,P32换成S32,其它连接关系为变,S表示球副、R表示转动副、P表示移动副)。
本发明的工作原理是:
该机构因为复杂支链Ⅲ的作用使得动平台M的一个移动副受到约束,此时动平台具有两平移三转动(2T3R)运动,当复杂支链Ⅳ作用在动平台M上时,对动平台同样产生两平移三转动(2T3R)运动。当综合复杂支链Ⅲ和复杂支链Ⅳ对动平台M的综合作用效果时,由于两条支链都产生三维转动,故最终也将产生三维转动,而复杂支链Ⅲ产生的二维移动在垂直于R11副轴线的平面内,复杂支链Ⅳ产生的二维移动在垂直于R41副轴线的平面内,又因为R11副和R41副的轴线相互平行,故也将会对动平台M产生二维移动,最终,复杂支链Ⅲ和复杂支链Ⅳ会使动平台M产生二维移动和三维转动运动;因为简单支链Ⅰ和简单支链Ⅱ都使动平台M产生三维移动和三维转动,故不影响复杂支链Ⅲ和复杂支链Ⅳ的综合影响效果,故四条支链会使动平台M产生二维移动和三维转动运动。
在简单支链Ⅰ中以P22作为驱动副,在简单支链Ⅱ中以P32作为驱动副;在复杂支链Ⅲ中以P12、P15、P18作为驱动副,在复杂支链Ⅳ中以P42、P45、P48作为驱动副。
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 (6)
1.一种二维移动三维转动的并联机构,其特征在于:包括定平台(N)、动平台(M)、四条支链,四条支链中的两条简单支链由简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成;四条支链中的两条复杂支链由复杂支链Ⅲ、复杂支链Ⅳ组成;
所述定平台(N)与动平台(M)通过两条复杂支链和两条简单支链连接,四条支链的复合运动构成了动平台(M)的输出运动;
所述简单支链Ⅰ和简单支链Ⅱ结构完全相同,两者均对动平台(M)产生三维移动和三维转动的作用;
所述复杂支链Ⅲ和复杂支链Ⅳ结构完全相同,两者均对动平台(M)产生二维移动和三维转动的作用。
2.根据权利要求1所述的二维移动三维转动的并联机构,其特征在于:所述四条支链一端的运动副分别与定平台(N)连接,四条支链另一端的运动副分别与动平台(M)连接,四条支链互不相交;复杂支链Ⅲ与定平台(N)连接的运动副、复杂支链Ⅳ与定平台(N)连接的运动副的轴线相互平行。
3.根据权利要求1所述的二维移动三维转动的并联机构,其特征在于:所述简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ为完全相同的无约束支链,采用SPS结构,简单支链Ⅰ结构具体为:第八连接杆(8)的一端通过球副S21与定平台(N)连接,第八连接杆(8)的另一端通过移动副P22与第九连接杆(9)的一端连接,第九连接杆(9)的末端与球副S23连接,球副S23连接在动平台(M)上;或者采用RSS结构。
4.根据权利要求1所述的二维移动三维转动的并联机构,其特征在于:所述复杂支链Ⅲ由具备空间二维移动和二维转动的子并联机构a通过第七连接杆(7)串联转动副R110构成。
5.根据权利要求4所述的二维移动三维转动的并联机构,其特征在于:所述子并联机构a由三条支链和子动平台(P)组成;所述子动平台(P)为三角形机构;其中三条支链一端的运动副与定平台(N)连接,三条支链另一端的运动副与子动平台(P)连接,子动平台(P)与第七连接杆(7)的一端连接,第七连接杆(7)另一端与转动副R110连接,转动副R110与动平台(M)固连;三条支链互不相交。
6.根据权利要求5所述的二维移动三维转动的并联机构,其特征在于:所述三条支链结构分别为:
第一条支链经第一连接杆(1)一端连接转动副R11,第一连接杆(1)另一端通过移动副P12连接第二连接杆(2)一端,第二连接杆(2)另一端连接球副S13形成,其中转动副R11与定平台(N)连接;
第二条支链经第三连接杆(3)一端连接转动副R14,第三连接杆(3)另一端通过移动副P15连接第四连接杆(4)一端,第四连接杆(4)另一端连接球副S16形成;其中转动副R14与定平台(N)连接;
第三条支链经第五连接杆(5)一端连接转动副R17,第五连接杆(5)另一端通过移动副P18连接第六连接杆(6)一端,第六连接杆(6)另一端连接球副S19形成;其中转动副R17与定平台(N)连接;
所述转动副R11、转动副R14和转动副R17的轴线平行于同一个平面;移动副P12垂直于转动副R11的轴线方向,移动副P15垂直于转动副R14的轴线方向,移动副P18垂直于转动副R17的轴线方向;转动副R110的轴线与转动副R11、转动副R14和转动副R17的轴线所组成的平面垂直。
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