CN109732565B - 一种可三维平动的3-RPaRR-3-RRPaR机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可三维平动的3‑RPaRR‑3‑RRPaR机构，包括上平台、中间平台、下平台、三个驱动臂和三个驱动模块，所述驱动臂中部通过转动副安装在中间平台上，驱动臂一端通过一个从动臂与上平台铰接相连，另一端与通过另一个从动臂与下平台铰接相连，一个驱动臂和其两端从动臂构成一条支链，上平台、中间平台和下平台之间通过三条支链相连，使得上平台、中间平台和下平台之间可以相对平动，三条支链在中间平台上呈三角形分布，每条支链的驱动臂均通过一个对应的驱动模块驱动绕其转动副旋转。本发明能够实现下平台相对上平台的三维平动，工作空间大，精度高，运行效率高、承载能力强。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及一种3-RRPaR机构，具体涉及一种可三维平动的3-RPaRR-3-RRPaR机构。
背景技术
3-RRPaR机构有三条均匀布置且相同的支链，电机驱动旋转关节旋转，关节连接一根连杆，连杆末端放置一个平行于驱动旋转关节的R关节。再连接一个平行四边形Pa，在平行四边形的另一端再连接一个R关节，这个关节与末端执行器相连。3-RRPaR机构机构能够实现三自由度的平动，机构的结构精密、紧凑，具有承载能力强、刚度大、动态性能好等特点。因为其闭环结构的原因，并联机构普遍存在结构尺寸偏大而工作空间却很小的缺陷。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题。提出了一种可三维平动的3-RPaRR-3-RRPaR机构，在保存原3-RRPaR机构的结构精密、紧凑、承载能力强、刚度大等优点外，增大了机构的工作空间和运行速度，从而提高了工作效率以及经济效益。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种可三维平动的3-RPaRR-3-RRPaR机构，其特征在于：包括上平台、中间平台、下平台、三个驱动臂和三个驱动模块，所述驱动臂中部通过转动副安装在中间平台上，驱动臂一端通过一个从动臂与上平台铰接相连，另一端与通过另一个从动臂与下平台铰接相连，一个驱动臂和其两端从动臂构成一条支链，上平台、中间平台和下平台之间通过三条支链相连，使得上平台、中间平台和下平台之间可以相对平动，三条支链在中间平台上呈三角形分布，每条支链的驱动臂均通过一个对应的驱动模块驱动绕其转动副旋转。
作为改进，所述中间平台上设有供驱动臂转动的避让槽，三个驱动臂所在的转动平面相交于一条线，该交线与中间平台垂直。
作为改进，所述从动臂为平行四边形机构，平行四边形机构由两个短边杆和两个长边杆依次铰接相连组成，两个短边杆对应从动臂的两端，所述驱动臂、上平台和下平台与平行四边形机构的短边杆铰接相连。
作为改进，所述平行四边形机构的短边杆与长边杆通过铰链装置相连，所述铰链装置包括连接件和销轴，所述销轴一端固定安装在短边杆上，另一端通过轴承安装在连接件内，所述连接件与长边杆固定相连。
作为改进，所述驱动模块包括轴承座、辅助轴和驱动电机，所述轴承座固定安装在中间平台上，所述驱动臂中部通过辅助轴安装在轴承座内，同时驱动臂中部通过联轴器与驱动电机相连，驱动电机通过电机座安装在中间平台上。
作为改进，三个驱动臂与中间平台安装的转动点所在圆的直径小于三个从动臂与上平台铰接点所在圆的直径，且大于三个从动臂与下平台铰接点所在圆的直径。
作为改进，三个驱动臂与中间平台安装的转动点在中间平台上呈等边三角形分布。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明基于3-RRPaR机构，结构紧凑，刚度高，承载能力大，累积误差小，精度较高。
主动臂驱动电机固定在中间平台上，使得下平台重量较轻，运动惯量小，运动速度高，动态响应好。
此机构能够实现下平台相对上平台的三维平动，工作空间大，精度高，运行效率高、承载能力强。
附图说明
图1为本发明3-RPaRR-3-RRPaR机构示意图。
图2为本发明3-RPaRR-3-RRPaR机构去掉上平台后示意图。
图3为本发明每条支链的结构图。
图4为本发明从动臂平行四边形机构连接示意图。
图5为本发明图2中短边杆和长边杆连接示意图。
图6为长边杆与连接件连接示意图。
附图中：1-上平台，2-上平台轴承座，3-从动臂，301-挡边轴承，302-短边杆，303-连接件，304-长赛打螺栓，305-短赛打螺栓，306-深沟球轴承，307-轴套，308-长边杆，309-上盖板，310-下盖板，311-固定环，4-驱动模块，401-轴承座，402-联轴器，403-驱动电机，404-电机座，405-辅助轴，5-驱动臂，6-中间平台，7-下平台轴承座，8-下平台，9-避让槽。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
一、首先介绍一下本发明的具体结构。
本发明整体结构如图1至图6所示，一种可三维平动的3-RPaRR-3-RRPaR机构，其结构包括两个3-RRPaR机构，包括一个上平台1，一个中间平台6，一个下平台8和三条支链。每条支链由两部分组成且上下结构一样，每部分包括轴承座401、驱动臂5和从动臂3，所述驱动臂5中部通过转动副安装在中间平台6上，驱动臂5一端通过一个从动臂3与上平台1铰接相连，另一端与通过另一个从动臂3与下平台8铰接相连，一个驱动臂5和其两端从动臂3构成一条支链，上平台1、中间平台6和下平台8之间通过三条支链相连，使得上平台1、中间平台6和下平台8之间可以相对平动，三条支链在中间平台6上呈三角形分布，每条支链的驱动臂5均通过一个对应的驱动模块4驱动旋转。
所述从动臂3为平行四边形机构，平行四边形机构由两个短边杆302和两个长边杆308依次铰接相连组成，两个短边杆302对应从动臂3的两端，平行四边形机构的短边杆302与上平台1通过上平台轴承座2相连，短边杆302与下平台8通过下平台轴承座7相连，所述平行四边形机构的短边杆302与长边杆308通过铰链装置相连，所述铰链装置包括连接件303和销轴，所述销轴一端固定安装在短边杆302上，另一端通过轴承安装在连接件303内，所述连接件303与长边杆308固定相连。
本实施例中，短边杆302两端均套有挡边轴承301，销轴为长赛打螺栓304，长赛打螺栓304穿过短边杆302端部的螺栓孔后通过深沟球轴承306安装在连接件303内，所述连接件303由上盖板309和下盖板310固定相连组成，深沟球轴上下的长赛打螺栓304分别设有一个轴套307，通过轴套307将长赛打螺栓304安装在连接件303内，其中下盖板310上设有一个与长赛打螺栓304轴线垂直的固定环311，短赛打螺栓305穿过固定环311后与长边杆308拧紧固定，从而将两个短边杆302和两个长边杆308相连形式平行四边形机构，需要指出的是，本发明实施例中，短边杆302和长边杆308均可以采用钢管制成。
本发明实施例中，所述驱动模块4包括轴承座401、辅助轴405和驱动电机403，所述轴承座401固定安装在中间平台6上，所述辅助轴405安装在轴承座401内，驱动臂5中部安装在辅助轴405上，同时驱动臂5中部通过螺钉与联轴器402一端相连，联轴器402另一端通过螺钉与驱动电机403的输出轴相连，驱动电机403通过螺钉与电机座404相连，电机座404固定安装在中间平台6上。
作为一种更优的实施例，三个驱动臂5与中间平台6安装的转动点所在圆的直径小于三个从动臂3与上平台1铰接点所在圆的直径，且大于三个从动臂3与下平台8铰接点所在圆的直径。
作为一种更优的实施例，所述中间平台6上设有供驱动臂5转动的避让槽9，三个驱动臂5所在的转动平面相交于一条线，该交线与中间平台6垂直。
作为一种具体实施例，三个驱动臂5与中间平台6安装的转动点在中间平台6上呈等边三角形分布。整个机构上平台1数量为1，上平台轴承座2数量为3，驱动电机403数量为3，电机座404数量为3，驱动臂5数量为3，中间平台6数量为1，从动臂3数量为12，下平台轴承座7数量为3，下平台8数量为1，挡边轴承301数量为24，短边杆302数量为24，连接件303数量为24，长赛打螺栓304数量为24，短赛打螺栓305数量为24，深沟球轴承306数量为24，轴套307数量为48，轴承座401数量为3，联轴器402数量为3，三条支链成120°等角度分布。
本发明的上平台1通过三条支链与中间平台6相连。上述的每一条支链都是由一个主旋转关节与从动臂3的一边相连，从动臂3的每两条边通过两个旋转关节相连，上述的中间平台6上驱动电机403通过主旋转关节驱动驱动臂5旋转，驱动臂5末端放置一个平行于主旋转关节的从旋转关节，此从旋转关节再与上述平行四边形机构的对边相连。由此上述上平台1与中间平台6构成了一个3-RRPaR机构。
同样本发明的下平台8通过三条支链与中间平台6相连。连接的支链与上平台1和中间平台6相连的支链结构相同。由此上述中间平台6与上述下平台8也构成了一个3-RRPaR机构。
在上述的一种3-RPaRR-3-RRPaR机构，所述驱动电机403数量为3个。与所述的中间平台6固定。
在上述的一种3-RPaRR-3-RRPaR机构，所述的驱动臂5数量为3个；所述的平行四边形数量为6个。所述的平行四边形一端通过旋转关节与所述驱动臂5相连，另一端与所述的上平台1或者下平台8通过旋转关节相连。
本发明中，通过驱动模块4驱动三个驱动臂5转动，驱动臂5通过从动臂3带动上平台1和下平台8同时平动，通过德尔塔机构运动原理可以使得上平台1、中间平台6和下平台8之间的相对平动，具体机器人可实现的动作和功能有：
1、下平台8相对于上平台1三维平动；
2、下平台8相对于中间平台6三维平动；
3、中间平台6相对于上平台1三维平动并且与下平台8相对于上平台1三维平动的方向相同。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种可三维平动的3-RPaRR-3-RRPaR机构，其特征在于：包括上平台、中间平台、下平台、三个驱动臂和三个驱动模块，所述驱动臂中部通过转动副安装在中间平台上，驱动臂一端通过一个从动臂与上平台铰接相连，另一端通过另一个从动臂与下平台铰接相连，一个驱动臂和其两端从动臂构成一条支链，上平台、中间平台和下平台之间通过三条支链相连，使得上平台、中间平台和下平台之间可以相对平动，三条支链在中间平台上呈三角形分布，每条支链的驱动臂均通过一个对应的驱动模块驱动绕其转动副旋转；
所述驱动模块包括轴承座、辅助轴和驱动电机，所述轴承座固定安装在中间平台上，所述驱动臂中部通过辅助轴安装在轴承座内，同时驱动臂中部通过联轴器与驱动电机相连，驱动电机通过电机座安装在中间平台上；
三个驱动臂与中间平台安装的转动点所在圆的直径小于三个从动臂与上平台铰接点所在圆的直径，且大于三个从动臂与下平台铰接点所在圆的直径；
所述从动臂为平行四边形机构，平行四边形机构由两个短边杆和两个长边杆依次铰接相连组成，两个短边杆对应从动臂的两端，所述驱动臂、上平台和下平台与平行四边形机构的短边杆铰接相连；
所述平行四边形机构的短边杆与长边杆通过铰链装置相连，所述铰链装置包括连接件和销轴，所述销轴一端固定安装在短边杆上，另一端通过轴承安装在连接件内，所述连接件与长边杆固定相连。
2.如权利要求1所述的3-RPaRR-3-RRPaR机构，其特征在于：所述中间平台上设有供驱动臂转动的避让槽，三个驱动臂所在的转动平面相交于一条线，该交线与中间平台垂直。
3.如权利要求1所述的3-RPaRR-3-RRPaR机构，其特征在于：三个驱动臂与中间平台安装的转动点在中间平台上呈等边三角形分布。
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