CN109531551B - 一种易于控制的二自由度并联机构 - Google Patents

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Abstract

一种易于控制的二自由度并联机构，由定平台、动平台和连接两平台的两条分支运动链组成，第一分支运动链由空间闭回路结构和第三转动副串联而成，空间闭回路结构是由一个第一圆柱副、一个第二转动副和一个第一球副所构成的单开链与第一转动副连接组成的，用于控制动平台的一个转动自由度；第二分支运动链是由一个第二圆柱副、一个第四转动副和一个第二球副连接而成的单开链，控制着动平台的另一个转动自由度。该机构第一分支运动链中的单开链与第二分支运动链结构相同，降低了加工成本，机构的速度雅可比矩阵为对角阵，故动平台的输出速度与输入速度之间呈一一对应的控制关系，解决了一般并联机构的运动学解耦性差，控制设计困难的问题。

Description

一种易于控制的二自由度并联机构
技术领域
本发明涉及机器人空间机构领域，尤其涉及到一种易于控制的二自由度并联机构。
背景技术
并联机构一般由动平台、定平台以及连接两平台的2-6条支链组成。相对于串联机构，并联机构具有结构紧凑、刚度大、承载能力强、精度高、累计误差小等优点。并联机构可分为六自由度并联机构和少自由度并联机构，与六自由度并联机构相比，少自由度并联机构具有结构简单，加工制造成本较低，工作空间大等优点。因此少自由度并联机构成为现如今研究的热点，具有更广大的发展前景。其中二自由度转动并联机构是少自由度并联机构的一个重要分支，且对于其研究有了一些进展，如申请号为CN201410577213.0一种新型的两转动并联机构，申请号为 CN201610171832.9支链耦合的两转动并联机构，以上的并联机构虽然能够实现动平台两转动的结果，但存在着其运动链之间耦合性强，难以控制的问题。
发明内容
本发明的目的是设计一种易于控制的二自由度并联机构，解决现有二自由度两转动并联机构的耦合性强、控制困难等技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种易于控制的二自由度并联机构，包括定平台、动平台以及连接两平台的第一分支运动链和第二分支运动链；
所述第一分支运动链由空间闭回路结构和第三转动副串联而成，所述空间闭回路结构是由一个第一圆柱副、一个第二转动副和一个第一球副所构成的单开链与第一转动副连接组成的，所述第一圆柱副和第一转动副均连接在所述定平台上，第三转动副连接在所述动平台上，所述第二转动副分别通过第一连杆、第二连杆与第一圆柱副以及第一球副的一端相连，第一球副的另一端、第一转动副和第三转动副分别和第三连杆的三个分支相连，且第三连杆的三个分支为两两垂直；所述第一圆柱副轴线与第二转动副轴线平行，所述第一转动副轴线和第三转动副轴线垂直；
所述第二分支运动链是由一个第二圆柱副、一个第四转动副和一个第二球副连接而成的单开链，所述第二圆柱副连接在所述定平台上，所述第二球副连接在所述动平台上，所述第四转动副的两端分别通过第四连杆和第五连杆连接所述的第二圆柱副以及第二球副，所述第二圆柱副的轴线和第四转动副的轴线平行；
第二圆柱副的轴线和第一转动副的轴线平行，且同时垂直于第一圆柱副的轴线。
所述的第一分支运动链中第一圆柱副和所述第二分支运动链中第二圆柱副作为并联机构的主动副，且以两圆柱副的线性输入为并联机构的主动输入。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明并联结构中的第一分支运动链为混合链，是一个空间闭回路结构和一个转动副串联而成的，而空间闭回路结构中具有一个连接另一转动副的单开链，以此结构实现动平台一个转动自由度的控制；第二分支运动链采用单开链，以控制动平台另一转动自由度，且两条分支运动链中的单开链结构相同，降低了并联机构的加工成本。而本发明的并联机构的速度雅可比矩阵为对角阵，故动平台的输出速度与输入速度之间呈一一对应的控制关系，解决了一般并联机构的运动学解耦性差，控制设计困难的问题。
附图说明
图1为本发明所述的易于控制的二自由度并联机构的结构示意图；
附图标记：1、定平台、2、动平台，L1、第一分支运动链，L2、第二分支运动链，C1、第一圆柱副，C2、第二圆柱副，R11、第一转动副，R12、第二转动副，R13、第三转动副，R2、第四转动副，Ⅰ-1、第一连杆，Ⅰ-2、第二连杆，Ⅰ-3、第三连杆，Ⅱ-1、第四连杆，Ⅱ-2、第五连杆，S1、第一球副，S2、第二球副。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体的实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
如图所示，一种易于控制的二自由度并联机构，包括定平台、动平台和连接两平台的第一分支运动链以及第二分支运动链。
第一分支运动链L1为混合链，由一个第一圆柱副C1、第二转动副R12和一个第一球副S1构成的单开链与第一转动副R11形成的闭合回路和第三转动副R13串联而成，其中第一圆柱副C1和第一转动副R11与定平台1相连，且在定平台1上呈对角线设置，第三转动副R13与动平台2相连，第二转动副R12的两端通过第一连杆Ⅰ-1和第二连杆Ⅰ-2分别与第一圆柱副C1和第一球副S1的一端相连，第一球副S1的另一端、第一转动副R11和第三转动副R13分别与第三连杆Ⅰ-3上的三个分支相连，且这三个分支为两两垂直。
所述第一分支运动链L1的第一圆柱副C1轴线与第二转动副R12轴线平行，且均为竖直轴线，所述第一转动副R11轴线与第三转动副R13轴线垂直，第一转动副R11轴线为水平轴线。
所述第二分支运动链L2为单开链，由一个第二圆柱副C2、一个第四转动副R2和一个第二球副S2组成，其中第二圆柱副C2与定平台1相连，且第二圆柱副C2的轴线为水平轴线，所述第二球副S2与动平台2的下表面相连，所述第四转动副R2的两端分别通过第四连杆Ⅱ-1和第五连杆Ⅱ-2与所述的第二圆柱副C2以及第二球副S2相连，第二圆柱副C2的轴线与第四转动副R2的轴线平行。
所述第二分支运动链L2中的第二圆柱副C2轴线与第一分支运动链L1中的第一转动副R11轴线平行，且同时垂直于第一分支运动链L1中的第一圆柱副C1轴线。
本发明的并联机构中，分别以第一分支运动链L1中的第一圆柱副C1和第二分支运动链L2中的第二圆柱副C2作为机构的主动副，且以两个圆柱副的线性输入为机构的主动输入。

Claims (2)

1.一种易于控制的二自由度并联机构，其特征在于：包括定平台、动平台以及连接两平台的第一分支运动链和第二分支运动链；
所述第一分支运动链由空间闭回路结构和第三转动副串联而成，所述空间闭回路结构是由一个第一圆柱副、一个第二转动副和一个第一球副所构成的单开链与第一转动副连接组成的，所述第一圆柱副和第一转动副均连接在所述定平台上，第三转动副连接在所述动平台上，所述第二转动副分别通过第一连杆、第二连杆与第一圆柱副以及第一球副的一端相连，第一球副的另一端、第一转动副和第三转动副分别和第三连杆的三个分支相连，且第三连杆的三个分支为两两垂直；所述第一圆柱副轴线与第二转动副轴线平行，所述第一转动副轴线和第三转动副轴线垂直；
所述第二分支运动链是由一个第二圆柱副、一个第四转动副和一个第二球副连接而成的单开链，所述第二圆柱副连接在所述定平台上，所述第二球副连接在所述动平台上，所述第四转动副的两端分别通过第四连杆和第五连杆连接所述的第二圆柱副以及第二球副，所述第二圆柱副的轴线和第四转动副的轴线平行；第二圆柱副的轴线和第一转动副的轴线平行，且同时垂直于第一圆柱副的轴线。
2.根据权利要求1所述的一种易于控制的二自由度并联机构，其特征在于：所述的第一分支运动链中第一圆柱副和所述第二分支运动链中第二圆柱副作为并联机构的主动副，且以两圆柱副的线性输入为并联机构的主动输入。
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