CN109352625A - 一种一维平移二维转动并联机构操作手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一维平移二维转动并联机构操作手，包括定平台N、动平台M、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ和简单支链Ⅲ组成；所述定平台N、动平台M通过一条复杂支链和两条简单支链连接，三条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动；两条简单支链都为无约束支链；所述复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ、简单支链Ⅲ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。本发明采用三条支链连接动平台和定平台来构建并联机构操作手，该操作手能实现空间一维平动和二维转动，是一种新型的并联机构操作手。

Description

一种一维平移二维转动并联机构操作手

技术领域

本发明涉及一种一维平移二维转动并联机构操作手，属于并联机器人技术领域。

背景技术

并联机构有精度较高、刚性高、结构稳定、热变形量较小等优点，它可以改善串联机构很难突破的许多限制，因而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。

目前已知的三自由度并联机构操作手并不多，许多特定功能以及特定工作场景找不到合适的操作手，因此需要进行三自由度操作手的创新能增加该操作手的机构类型并达到优选的目的。

发明内容

本发明提供了一种一维平移二维转动并联机构操作手，通过一条复杂支链和两条简单支链连接动、定平台构成，能够实现空间一维移动和二维转动。

本发明的技术方案是：一种一维平移二维转动并联机构操作手，包括定平台N、动平台M、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ和简单支链Ⅲ组成；

所述定平台N、动平台M通过一条复杂支链和两条简单支链连接，三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Ⅱ和简单支链Ⅲ结构完全相同，两条简单支链都为无约束支链；

所述复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ、简单支链Ⅲ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；

所述三条支链一端的运动副分别与定平台N连接，三条支链另一端的运动副分别与动平台M连接，三条支链互不相交，并且三条支链的位置能任意交换。

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九连接杆9串联一个固定在动平台M上的转动副R111而成。

所述子并联机构由三条简单支链a、简单支链b、简单支链c和子动平台P组成，子动平台P为三角形机构，简单支链a、简单支链b和简单支链c在支链不相交的条件下能通过平移任意交换位置；其中简单支链a、简单支链b、简单支链c的一端与定平台N连接，简单支链a、简单支链b、简单支链c的另一端子动平台P连接，子动平台P与第九连接杆9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另一端通过转动副R13与第三连接杆3连接，第三连接杆3与动平台P焊接；其中，转动副R11、转动副R12和转动副R13互相平行；简单支链a以转动副R11作为驱动副，并且简单支链a能由SOC｛-R‖R⊥P-｝和SOC｛-P⊥R⊥P-｝支链替代；

所述简单支链b结构为：第四连接杆4的一端通过转动副R14与定平台N连接，第四连接杆4另一端通过转动副R15与第五连接杆5的一端连接，第五连接杆5另一端通过转动副R16与第六连接杆6一端连接，第六连接杆6另一端与转动副R17连接，转动副R17与子并联机构的动平台P连接；其中，转动副R14、转动副R15和转动副R16互相平行，转动副R17的轴线与转动副R14、转动副R15和转动副R16的轴线垂直；简单支链b以转动副R14作为驱动副，并且简单支链b能由SOC｛-P⊥R‖R⊥R-｝支链替代；

所述简单支链c结构为：第七连接杆7的一端通过转动副R18与定平台N连接，第七连接杆7另一端通过球副S19与第八连接杆8的一端连接，第八连接杆8的末端与球副S110连接，球副S110与子动平台P连接；简单支链c以转动副R18作为驱动副；简单支链c能SOC｛-S-P-S-｝支链替代；

所述转动副R11轴线平行于转动副R17轴线，复杂支链Ⅰ的转动副R111与转动副R11不平行。

所述简单支链Ⅱ结构为：第十连接杆10的一端通过转动副R21与定平台N连接，第十连接杆10另一端通过球副S22与第十一连接杆11的一端连接，第十一连接杆11的末端与球副S23连接，球副S23与动平台M连接；简单支链Ⅱ以转动副R21作为驱动副；所述简单支链Ⅱ能由SOC｛-S-P-S-｝支链替代。

所述简单支链Ⅲ结构为：第十二连接杆12的一端通过转动副R31与定平台N连接，第十二连接杆12另一端通过球副S32与第十三连接杆13的一端连接，第十三连接杆13的末端与球副S33连接，球副S33与动平台M连接；简单支链Ⅲ以转动副R31作为驱动副；简单支链Ⅲ能由SOC｛-S-P-S-｝支链替代。

本发明的有益效果是：本发明采用三条支链连接动平台和定平台来构建并联机构操作手，该操作手能实现空间一维平动和二维转动，是一种新型的并联机构操作手。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中各标号为：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、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，一种一维平移二维转动并联机构操作手，包括定平台N、动平台M、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ和简单支链Ⅲ组成；所述定平台N、动平台M通过一条复杂支链和两条简单支链连接，三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Ⅱ和简单支链Ⅲ结构完全相同，两条简单支链都为无约束支链；所述复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ、简单支链Ⅲ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；所述三条支链一端的运动副分别与定平台N连接，三条支链另一端的运动副分别与动平台M连接，三条支链互不相交，并且三条支链的位置能任意交换（即三条支链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九连接杆9串联一个固定在动平台M上的转动副R111而成。

进一步地，可以设置所述子并联机构由三条简单支链a、简单支链b、简单支链c和子动平台P组成，子动平台P为三角形机构，简单支链a、简单支链b和简单支链c在支链不相交的条件下能通过平移任意交换位置；其中简单支链a、简单支链b、简单支链c的一端与定平台N连接，简单支链a、简单支链b、简单支链c的另一端子动平台P连接，子动平台P与第九连接杆9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另一端通过转动副R13与第三连接杆3连接，第三连接杆3与动平台P焊接；其中，转动副R11、转动副R12和转动副R13互相平行；简单支链a以转动副R11作为驱动副，并且简单支链a能由SOC｛-R‖R⊥P-｝和SOC｛-P⊥R⊥P-｝支链替代（如果采用SOC｛-R‖R⊥P-｝，即R13替换为P13，并满足R11轴线平行R12，R12轴线垂直P13，其它连接关系不变；如果采用SOC｛-P⊥R⊥P-｝支链，即R11替换为P11、R13替换为P13，并满足P11垂直R12轴线，R12轴线垂直P13，P11和P13不平行，其它连接关系不变）；

所述简单支链b结构为：第四连接杆4的一端通过转动副R14与定平台N连接，第四连接杆4另一端通过转动副R15与第五连接杆5的一端连接，第五连接杆5另一端通过转动副R16与第六连接杆6一端连接，第六连接杆6另一端与转动副R17连接，转动副R17与子并联机构的动平台P连接；其中，转动副R14、转动副R15和转动副R16互相平行，转动副R17的轴线与转动副R14、转动副R15和转动副R16的轴线垂直；简单支链b以转动副R14作为驱动副，并且简单支链b能由SOC｛-P⊥R‖R⊥R-｝支链替代（如果采用该支链替代，即R14替换为P14，并满足P14垂直R15的轴线，R15的轴线平行R16，R16的轴线垂直R17，其它连接关系不变）；

所述简单支链c结构为：第七连接杆7的一端通过转动副R18与定平台N连接，第七连接杆7另一端通过球副S19与第八连接杆8的一端连接，第八连接杆8的末端与球副S110连接，球副S110与子动平台P连接；简单支链c以转动副R18作为驱动副；简单支链c能SOC｛-S-P-S-｝支链替代（如果采用该支链替代，即R18替换为S18、S19替换为P19，其它连接关系不变）；

所述转动副R11轴线平行于转动副R17轴线，复杂支链Ⅰ的转动副R111与转动副R11不平行。

进一步地，可以设置所述简单支链Ⅱ结构为：第十连接杆10的一端通过转动副R21与定平台N连接，第十连接杆10另一端通过球副S22与第十一连接杆11的一端连接，第十一连接杆11的末端与球副S23连接，球副S23与动平台M连接；简单支链Ⅱ以转动副R21作为驱动副；所述简单支链Ⅱ能由SOC｛-S-P-S-｝支链替代（如果采用该支链替代，即R21替换为S21、S22替换为P22，其它连接关系不变）。

进一步地，可以设置所述简单支链Ⅲ结构为：第十二连接杆12的一端通过转动副R31与定平台N连接，第十二连接杆12另一端通过球副S32与第十三连接杆13的一端连接，第十三连接杆13的末端与球副S33连接，球副S33与动平台M连接；简单支链Ⅲ以转动副R31作为驱动副；简单支链Ⅲ能由SOC｛-S-P-S-｝支链替代（如果采用该支链替代，即R31替换为S31、S32替换为P32，其它连接关系不变）。

本发明的工作原理是：

该并联机构操作手中，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和简单支链Ⅲ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由一个子并联机构通过连接杆9串联一个转动副R111组成；子并联机构由a、b、c三条简单支链和子动平台P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在垂直于转动副R14的平面内具有二维移动，在转动副R16和转动副R17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，因转动副R11平行转动副R17，即转动副R11垂直于转动副R14，故最终会得到一维移动。综合子动平台P的转动方向时，因转动副R11平行转动副R17，即转动副R11平行于转动副R16的轴线与转动副R17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会具有一维移动和一维转动。通过连接杆串联转动副R111之后，因为转动副R11与转动副R111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 (6)

1.一种一维平移二维转动并联机构操作手，其特征在于：包括定平台（N）、动平台（M）、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ和简单支链Ⅲ组成；

所述定平台（N）、动平台（M）通过一条复杂支链和两条简单支链连接，三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Ⅱ和简单支链Ⅲ结构完全相同，两条简单支链都为无约束支链；

所述复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ、简单支链Ⅲ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；

所述三条支链一端的运动副分别与定平台（N）连接，三条支链另一端的运动副分别与动平台（M）连接，三条支链互不相交，并且三条支链的位置能任意交换。

2.根据权利要求1所述的一维平移二维转动并联机构操作手，其特征在于：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九连接杆（9）串联一个固定在动平台（M）上的转动副R111而成。

3.根据权利要求2所述的一维平移二维转动并联机构操作手，其特征在于：所述子并联机构由三条简单支链a、简单支链b、简单支链c和子动平台（P）组成，子动平台（P）为三角形机构，简单支链a、简单支链b和简单支链c在支链不相交的条件下能通过平移任意交换位置；其中简单支链a、简单支链b、简单支链c的一端与定平台（N）连接，简单支链a、简单支链b、简单支链c的另一端子动平台（P）连接，子动平台（P）与第九连接杆（9）连接。

4.根据权利要求3所述的一维平移二维转动并联机构操作手，其特征在于：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）另一端通过转动副R13与第三连接杆（3）连接，第三连接杆（3）与动平台P焊接；其中，转动副R11、转动副R12和转动副R13互相平行；简单支链a以转动副R11作为驱动副，并且简单支链a能由SOC｛-R‖R⊥P-｝和SOC｛-P⊥R⊥P-｝支链替代；

所述简单支链b结构为：第四连接杆（4）的一端通过转动副R14与定平台（N）连接，第四连接杆（4）另一端通过转动副R15与第五连接杆（5）的一端连接，第五连接杆（5）另一端通过转动副R16与第六连接杆（6）一端连接，第六连接杆（6）另一端与转动副R17连接，转动副R17与子并联机构的子动平台（P）连接；其中，转动副R14、转动副R15和转动副R16互相平行，转动副R17的轴线与转动副R14、转动副R15和转动副R16的轴线垂直；简单支链b以转动副R14作为驱动副，并且简单支链b能由SOC｛-P⊥R‖R⊥R-｝支链替代；

所述简单支链c结构为：第七连接杆（7）的一端通过转动副R18与定平台（N）连接，第七连接杆（7）另一端通过球副S19与第八连接杆（8）的一端连接，第八连接杆（8）的末端与球副S110连接，球副S110与子动平台（P）连接；简单支链c以转动副R18作为驱动副；简单支链c能SOC｛-S-P-S-｝支链替代；

所述转动副R11轴线平行于转动副R17轴线，复杂支链Ⅰ的转动副R111与转动副R11不平行。

5.根据权利要求1所述的一维平移二维转动并联机构操作手，其特征在于：所述简单支链Ⅱ结构为：第十连接杆（10）的一端通过转动副R21与定平台（N）连接，第十连接杆（10）另一端通过球副S22与第十一连接杆（11）的一端连接，第十一连接杆（11）的末端与球副S23连接，球副S23与动平台（M）连接；简单支链Ⅱ以转动副R21作为驱动副；所述简单支链Ⅱ能由SOC｛-S-P-S-｝支链替代。

6.根据权利要求1所述的一维平移二维转动并联机构操作手，其特征在于：所述简单支链Ⅲ结构为：第十二连接杆（12）的一端通过转动副R31与定平台（N）连接，第十二连接杆（12）另一端通过球副S32与第十三连接杆（13）的一端连接，第十三连接杆（13）的末端与球副S33连接，球副S33与动平台（M）连接；简单支链Ⅲ以转动副R31作为驱动副；简单支链Ⅲ能由SOC｛-S-P-S-｝支链替代。