CN109278024B - 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

一种二维移动三维转动的并联机构
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 (1)

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；
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。
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