CN110039524A - 两转一移冗余驱动完全对称并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两转一移冗余驱动完全对称并联机构，包括定平台以及设置在定平台上方的第一动平台和第二动平台；所述第一动平台和第二动平台的厚度中心处通过动平台转动副e相连；所述定平台的对称两端分别通过一个RPRR支链与第一动平台的两端相连，所述定平台的另一对称两端分别通过一个RPRR支链与第二动平台的两端相连；每个所述RPRR支链中的移动副均为驱动副。本发明不仅引入冗余驱动，还具有完全对称性，不仅使得该机构的运动学和动力学分析和控制极为容易，还能提高该机构的综合性能。

Description

两转一移冗余驱动完全对称并联机构

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种两转一移冗余驱动完全对称并联机构。

背景技术

在铣削、钻铆、焊接等领域需要两转一移三自由度执行机构，特别对于具有较强的刚度、承载力大、工作空间大、驱动稳定性和负载分配性好、动力学性能好、便于控制等优点的完全对称两转一移冗余驱动完全对称并联机构尤为稀缺，这种机构还可用做五轴混联机床的并联模块，能够提高机床的灵活度、转动能力、精度等性能，以实现现代复杂曲面工件加工工艺要求。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明提供一种两转一移冗余驱动完全对称并联机构，不仅引入冗余驱动，还具有完全对称性，不仅使得该机构的运动学和动力学分析和控制极为容易，还能提高该机构的综合性能。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种两转一移冗余驱动完全对称并联机构，包括定平台以及设置在定平台上方的第一动平台和第二动平台；所述第一动平台和第二动平台的厚度中心处通过动平台转动副e相连；所述定平台的对称两端分别通过一个RPRR支链与第一动平台的两端相连，所述定平台的另一对称两端分别通过一个RPRR支链与第二动平台的两端相连；每个所述RPRR支链中的移动副均为驱动副。

进一步的，所述定平台为正方形板状平台，第一动平台和第二动平台为规格一致的长方形板状平台；所述的对称两端分别设置在正方形板状平台的相对两边的中间位置，所述的另一对称两端分别设置在正方形板状平台的另一相对两边的中间位置。

进一步的，每个所述的RPRR支链中的驱动副均采用电缸直线驱动。

进一步的，每个所述的RPRR支链均包括第一转动副、第二转动副、移动副、第三转动副以及第一连杆、第二连杆和第三连杆；所述第三连杆的底端通过第三转动副与定平台的一端相连，第三连杆的顶端通过移动副与第二连杆的底端相连，第二连杆的顶端通过第二转动副与第一连杆的底端相连，第一连杆的顶端通过第一转动副与第一动平台或第二动平台的一端相连。

进一步的，每个所述的RPRR支链中，第一转动副的转动轴线垂直于第二转动副的转动轴线和第三转动副的转动轴线，第二转动副的转动轴线平行于第三转动副的转动轴线。

进一步的，所述第一动平台与定平台相连的两个RPRR支链中，两个第一转动副的转动轴线为同轴布置；所述第二动平台与定平台相连的两个RPRR支链中，两个第一转动副的转动轴线为同轴布置；并且四个所述的RPRR支链中，第一转动副的转动轴线均垂直于动平台转动副e的转动轴线。

进一步的，所述第一动平台与定平台相连的RPRR支链中的第三转动副，与第二动平台与定平台相连的RPRR支链中的第三转动副的转动轴线相互垂直布置。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

与现有技术相比，本发明结构简单，运动副均为低副，可以降低制造成本；结构和驱动对称，使得运动学和动力学分析和控制简单，综合性能好；引入冗余驱动，使得机构减少了奇异位型，增大工作空间，提高了系统的刚度、容错性、驱动的稳定性，增大了承载能力，改善了驱动器负载状况；所有驱动副为各支链的移动副，使得机构具有良好的运动性和较高的反应速度，并且该机构转动能力较好。

附图说明

图1是本发明的三维结构示意图。

图中：11、第一支链第一连杆，12、第一支链第二连杆，13、第一支链第三连杆，a1、第一支链第一转动副，a2、第一支链第二转动副，a3、第一支链移动副，a4、第一支链第三转动副；21、第二支链第一连杆，22、第二支链第二连杆，23、第二支链第三连杆，b1、第二支链第一转动副，b2、第二支链第二转动副，b3、第二支链移动副，b4、第二支链第三转动副；31、第三支链第一连杆，32、第三支链第二连杆，33、第三支链第三连杆，c1、第三支链第一转动副，c2、第三支链第二转动副，c3、第三支链移动副，c4、第三支链第三转动副；41、第四支链第一连杆，42、第四支链第二连杆，43、第四支链第三连杆，d1、第四支链第一转动副，d2、第四支链第二转动副，d3、第四支链移动副，d4、第四支链第三转动副；5、第一动平台，6、第二动平台，7、定平台，e、动平台转动副。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明公开了一种两转一移冗余驱动完全对称并联机构，包括定平台7以及设置在定平台7上方的第一动平台5和第二动平台6；第一动平台5和第二动平台6的厚度中心处通过动平台转动副e相连；定平台7的对称两端分别通过一个RPRR支链与第一动平台5的两端相连，定平台7的另一对称两端分别通过一个RPRR支链与第二动平台6的两端相连；每个RPRR支链中的移动副均为驱动副。

定平台7为正方形板状平台，第一动平台5和第二动平台6为规格一致的长方形板状平台；上述的对称两端分别设置在正方形板状平台的相对两边的中间位置，上述的另一对称两端分别设置在正方形板状平台的另一相对两边的中间位置。

每个RPRR支链中的驱动副均采用电缸直线驱动。每个RPRR支链均包括第一转动副、第二转动副、移动副、第三转动副以及第一连杆、第二连杆和第三连杆；第三连杆的底端通过第三转动副与定平台7的一端相连，第三连杆的顶端通过移动副与第二连杆的底端相连，第二连杆的顶端通过第二转动副与第一连杆的底端相连，第一连杆的顶端通过第一转动副与第一动平台5或第二动平台6的一端相连。

每个RPRR支链中，第一转动副的转动轴线垂直于第二转动副的转动轴线和第三转动副的转动轴线，第二转动副的转动轴线平行于第三转动副的转动轴线。第三转动副的转动轴线平行于其所在的正方形板状平台的边。第一动平台5与定平台7相连的两个RPRR支链中，两个第一转动副的转动轴线为同轴布置；第二动平台6与定平台7相连的两个RPRR支链中，两个第一转动副的转动轴线为同轴布置；并且四个RPRR支链中，第一转动副的转动轴线均垂直于动平台转动副e的转动轴线。第一动平台5与定平台7相连的RPRR支链中的第三转动副，与第二动平台6与定平台7相连的RPRR支链中的第三转动副的转动轴线相互垂直布置。

本发明为一种具有2R1T三自由度的2RPRR&2RPRU型空间拓扑结构冗余驱动完全对称并联机构，第一至第四支链为四个完全相同的RPRR分支；该机构具有4个输入驱动，即四个支链中的四个移动副均为驱动副，四个驱动副均选用电缸直线驱动，在四个驱动副运动时，本发明能够实现第一动平台5、第二动平台6相对于定平台7的两转动和一竖直方向移动的3自由度运动。由于该机构是完全对称机构，并且引进了冗余驱动，所以本发明具有较强的刚度、承载力大、工作空间大、驱动稳定性和负载分配性好、动力学性能好、便于控制等优点。

如图1所示的三维结构示意图中，第一动平台5和第二动平台6通过动平台转动副e连接，实现相互转动，为保证该机构具有完全对称性，第一动平台5和第二动平台6规格尺寸一致。四个RPRR支链两两对称布置在定平台7上。

其中：第一支链第一连杆11的一端通过第一支链第一转动副a1连接第二动平台6的一端，并且第一支链第一转动副a1的转动轴线垂直于动平台转动副e的转动轴线，第一支链第一连杆11的另一端通过第一支链第二转动副a2与第一支链第二连杆12的一端连接，第一支链第二连杆12的另一端通过第一支链移动副a3与第一支链第三连杆13的一端连接，第一支链第三连杆13的另一端通过第一支链第三转动副a4与定平台7的第一端连接；第三支链第一连杆31的一端通过第三支链第一转动副c1连接第二动平台6的另一端，并且第三支链第一转动副c1的转动轴线垂直于动平台转动副e的转动轴线，第三支链第一连杆31的另一端通过第三支链第二转动副c2与第三支链第二连杆32的一端连接，第三支链第二连杆32的另一端通过第三支链移动副c3与第三支链第三连杆33的一端连接，第三支链第三连杆33的另一端通过第三支链第三转动副c4与定平台7的第三端连接；定平台7的第一端与第三端对称设置；第二支链第一连杆21的一端通过第二支链第一转动副b1连接第一动平台5，并且第二支链第一转动副b1的转动轴线垂直于动平台转动副e的转动轴线，第二支链第一连杆21的另一端通过第二支链第二转动副b2与第二支链第二连杆22的一端连接，第二支链第二连杆22的另一端通过第二支链移动副b3与第二支链第三连杆23的一端连接，第二支链第三连杆23的另一端通过第二支链第三转动副b4与定平台7的第二端连接；第四支链第一连杆41的一端通过第四支链第一转动副d1连接第一动平台5，并且第四支链第一转动副d1的转动轴线垂直于动平台转动副e的转动轴线，第四支链第一连杆41的另一端通过第四支链第二转动副d2与第四支链第二连杆42的一端连接，第四支链第二连杆42的另一端通过第四支链移动副d3与第四支链第三连杆43的一端连接，第四支链第三连杆43的另一端通过第四支链第三转动副d4与定平台7的第四端连接；定平台7的第二端与第四端对称设置。

图1中所示的各RPRR支链中：第一转动副的转动轴线垂直于第二、三转动副的转动轴线，第二转动副的转动轴线平行于第三转动副的转动轴线。第一支链第一转动副a1与第三支链第一转动副c1共轴，且此轴线垂直于动平台转动副e；第一支链第二转动副a2与第三支链第二转动副c2平行。第二支链第一转动副b1与第四支链第一转动副d1共轴，且此轴线垂直于动平台转动副e；第二支链第二转动副b2与第四支链第二转动副d2平行。第一支链第三转动副a4与第二支链第三转动副b4垂直。第三支链第三转动副c4和第四支链第三转动副d4相互垂直布置。

Claims (7)

1.一种两转一移冗余驱动完全对称并联机构，其特征在于：包括定平台(7)以及设置在定平台(7)上方的第一动平台(5)和第二动平台(6)；所述第一动平台(5)和第二动平台(6)的厚度中心处通过动平台转动副(e)相连；所述定平台(7)的对称两端分别通过一个RPRR支链与第一动平台(5)的两端相连，所述定平台(7)的另一对称两端分别通过一个RPRR支链与第二动平台(6)的两端相连；每个所述RPRR支链中的移动副均为驱动副。

2.根据权利要求1所述的两转一移冗余驱动完全对称并联机构，其特征在于：所述定平台(7)为正方形板状平台，第一动平台(5)和第二动平台(6)为规格一致的长方形板状平台；所述的对称两端分别设置在正方形板状平台(7)的相对两边的中间位置，所述的另一对称两端分别设置在正方形板状平台(7)的另一相对两边的中间位置。

3.根据权利要求1所述的两转一移冗余驱动完全对称并联机构，其特征在于：每个所述的RPRR支链中的驱动副均采用电缸直线驱动。

4.根据权利要求1所述的两转一移冗余驱动完全对称并联机构，其特征在于：每个所述的RPRR支链均包括第一转动副、第二转动副、移动副、第三转动副以及第一连杆、第二连杆和第三连杆；所述第三连杆的底端通过第三转动副与定平台(7)的一端相连，第三连杆的顶端通过移动副与第二连杆的底端相连，第二连杆的顶端通过第二转动副与第一连杆的底端相连，第一连杆的顶端通过第一转动副与第一动平台(5)或第二动平台(6)的一端相连。

5.根据权利要求4所述的两转一移冗余驱动完全对称并联机构，其特征在于：每个所述的RPRR支链中，第一转动副的转动轴线垂直于第二转动副的转动轴线和第三转动副的转动轴线，第二转动副的转动轴线平行于第三转动副的转动轴线。

6.根据权利要求4所述的两转一移冗余驱动完全对称并联机构，其特征在于：所述第一动平台(5)与定平台(7)相连的两个RPRR支链中，两个第一转动副的转动轴线为同轴布置；所述第二动平台(6)与定平台(7)相连的两个RPRR支链中，两个第一转动副的转动轴线为同轴布置；并且四个所述的RPRR支链中，第一转动副的转动轴线均垂直于动平台转动副(e)的转动轴线。

7.根据权利要求4所述的两转一移冗余驱动完全对称并联机构，其特征在于：所述第一动平台(5)与定平台(7)相连的RPRR支链中的第三转动副，与第二动平台(6)与定平台(7)相连的RPRR支链中的第三转动副的转动轴线相互垂直布置。