CN110091311A - 一种驱动变胞转动机构 - Google Patents

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刘宏昭
胡旭宇
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base

Abstract

一种驱动变胞转动机构，通过三条支链连接定平台和动平台，每条支链由轴线交于一点的三个转动副连接两条圆弧杆构成，且相邻两转动副轴线正交；位于定平台的三个驱动副轴线两两正交；驱动变胞转动机构通过开启与锁死驱动副可实现机构的变胞：只开启一个驱动副、同时开启两个驱动副和同时开启三个驱动副，可分别实现一维转动、二维转动和三维转动的三种构态；变胞机构性能良好，工作模式多且变胞过程简便无奇异。

Description

一种驱动变胞转动机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种驱动变胞转动机构。
背景技术
变胞并联机构由于具有随任务变化而变自由度、变拓扑结构的特点和高承载能力、高精度等的优点，使其成为机构学与机器人学领域研究热点之一。学者们通过研究机构的支链奇异和运动副锁死与开启实现变胞。但是现有文献中关于驱动变胞转动机构的研究较少，特别是缺乏关于三维转动的驱动变胞转动机构的相关研究。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种驱动变胞转动机构，三构态七模式的驱动变胞转动机构，可以实现一维转动，二维转动和三维转动的三构态转动变胞转动机构Sm，具有变胞方式简便、易行的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种驱动变胞转动机构，包括三条支链连接动平台和定平台；每条支链由轴线交于一点的三个转动副连接两条圆弧杆构成，且相邻两转动副的轴线正交；位于定平台的三个驱动副的轴线两两正交；
当变胞机构只有一个驱动副开启时，动平台受到三个约束力和两个约束力偶，具有一维转动自由度；
当变胞机构只开启两个驱动副时，动平台受到三个约束力和一个约束力偶，具有二维转动自由度；
当变胞机构同时开启三个驱动副时，动平台受到过中心点的三个约束力作用，可以实现三维转动；
驱动变胞转动机构通过开启与关闭驱动副，实现一维，二维以及三维转动的构态变换。
一种驱动变胞转动机构，包括有圆形的定平台，定平台上设有直杆形的驱动副座一和驱动副座二；驱动副座的顶端设有驱动副二；驱动副二通过连杆三与运动副一转动相连；运动副一与连杆四的一端相连；连杆四的另一端与转动副一相连；转动副一与动平台的Y轴连杆的反向端相连；动平台的X轴连杆的反向端与转动副二；转动副二与连杆二的一端相连；连杆二的另一端与运动副二相连；运动副二还与连杆一的一端相连；连杆一的另一端与驱动副三相连；驱动副三固定在定平台上；
动平台的X轴连杆的反向端连接转动副三，转动副三与连杆五的一端相连；连杆五的一端的另一端与运动副三相连；运动副三还与连杆六的一端相连；连杆六的另一端与驱动副一相连；驱动副一设在驱动副座二的上端。
所述的驱动副一，转动副一，运动副二的轴线平行；运动副三1，驱动副二，转动副二的轴线平行；转动副三，运动副一，驱动副三的轴线平行，三组平行轴线两两垂直且运动过程中均通过O点。
相邻两的转动副的轴线正交；位于定平台的三个驱动副轴线两两正交。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开的一种驱动变胞转动机构，由三条支链(即连杆一、连杆二、连杆三、连杆四、连杆五、连杆六两两连接形成三条支链)连接动平台和定平台，每条支链由轴线交于一点的三个转动副连接两条圆弧杆构成，且相邻两转动副轴线正交。位于定平台的三个驱动副轴线两两正交。
当变胞机构只有一个驱动开启时，动平台受到三个约束力和两个约束力偶，具有一维转动自由度。当变胞机构只开启两个驱动时，动平台受到三个约束力和一个约束力偶，具有二维转动自由度。当变胞机构同时开启三个驱动时，动平台受到过中心点的三个约束力作用，可以实现三维转动。驱动变胞转动机构通过开启与关闭驱动副，实现一维，二维以及三维转动的构态变换。
现有能够实现三维转动的为S副或RU、UR、RRR串联支链等，而这些机构或者不方便施加驱动，或者施加驱动后不方便变胞，且变胞时驱动电机没有固定在定平台上，运动中不稳定，有时还可能到达奇异位型。而本发明所提出的3-RRR驱动变胞并联机构，通过开启与锁死全部位于定平台上的驱动副，可以实现一维、二维和三维转动，且相比串联支链，所提出的3-RRR驱动变胞并联机构精度高，承载能力大，不会产生支链奇异，变胞方式简单便捷。
附图说明
图1.驱动变胞转动机构初始位置的结构示意图。
图2.驱动变胞转动机构构态一的结构示意图。
图3.驱动变胞转动机构构态二的结构示意图。
图4.驱动变胞转动机构构态三的结构示意图。
图中：1-定平台，2-动平台，3-驱动副座，4-连杆六，5-驱动副二，6-连杆一(与驱动副三14相连的连杆)，7-连杆二(与动平台2相连的连杆),8-连杆三，9-驱动副座二，10-运动副一，11-转动副一，12-转动副二，13-运动副二，14-驱动副三，15-转动副三，16-连杆五，17-运动副三，18-驱动副一。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种驱动变胞转动机构，包括三条支链连接动平台和定平台；每条支链由轴线交于一点的三个转动副连接两条圆弧杆构成，且相邻两转动副的轴线正交；位于定平台的三个驱动副的轴线两两正交；
当变胞机构只有一个驱动副开启时，动平台受到三个约束力和两个约束力偶，具有一维转动自由度；
当变胞机构只开启两个驱动副时，动平台受到三个约束力和一个约束力偶，具有二维转动自由度；
当变胞机构同时开启三个驱动副时，动平台受到过中心点的三个约束力作用，可以实现三维转动；
驱动变胞转动机构通过开启与关闭驱动副，实现一维，二维以及三维转动的构态变换。
参见图1，一种驱动变胞转动机构，包括有圆形的定平台1，定平台1上设有直杆形的驱动副座一3和驱动副座二9；驱动副座3的顶端设有驱动副二5；驱动副二5通过连杆三8与运动副一10转动相连；运动副一10与连杆四15的一端相连；连杆四15的另一端与转动副一11相连；转动副一11与动平台2的Y轴连杆的反向端相连；动平台2的X轴连杆的反向端与转动副二12；转动副二12与连杆二7的一端相连；连杆二7的另一端与运动副二13相连；运动副二13还与连杆一6的一端相连；连杆一6的另一端与驱动副三14相连；驱动副三14固定在定平台1上。
动平台2的X轴连杆的反向端连接转动副三15，转动副三15与连杆五16的一端相连；连杆五16的一端的另一端与运动副三17相连；运动副三17还与连杆六4的一端相连；连杆六4的另一端与驱动副一18相连；驱动副一18设在驱动副座二9的上端。
驱动变胞转动机构中的驱动副为驱动副一18，驱动副二5，驱动副三14，通过驱动副座固定在定平台1上；转动副三15(R3)，转动副一11(R6)，转动副二12(R9)与动平台2相连；运动副初始位置要求：驱动副一18，转动副一11，运动副二13的轴线平行；运动副三17，驱动副二5，转动副二12的轴线平行；转动副三15，运动副一10，驱动副三14的轴线平行，三组平行轴线两两垂直且运动过程中均通过O点。
当只驱动驱动副一18，而驱动副二5和驱动副三14不驱动时，转动变胞并联机构具有绕X轴转动的自由度；只驱动驱动副二5时，驱动变胞机构具有绕Y轴转动的自由度；只驱动驱动副三14，变胞机构具有绕Z轴转动的自由度，此三种一维转动模式为构态一。
当同时驱动驱动副一18和驱动副二5时，变胞机构具有绕X轴和Y轴转动的自由度；同时驱动驱动副一18和驱动副三14，变胞机构具有绕X轴和Z轴转动的自由度；同时驱动驱动副二5和驱动副三14，变胞机构具有绕Y轴和Z轴转动的自由度，此三种二维转动模式为构态二。
同时驱动驱动副一18，驱动副二5和驱动副三14，变胞机构实现三维转动，此种运动模式为构态三。
因驱动变胞转动机构的全部驱动副都与定平台相连，其全部伺服电机都安装在固定平台，因此所述变胞转动机构具有动态特性良好的优点。由于变胞方式是通过驱动的开启与关闭，变胞过程方便快捷，且可有效避免变胞过程中支链奇异和约束奇异的优点。
本发明包含三个转动副的三条支链；驱动变胞转动机构，由三条支链(即连杆一、连杆二、连杆三、连杆四、连杆五、连杆六两两连接形成三条支链)连接动平台和定平台，每条支链由轴线交于一点的三个转动副连接两条圆弧杆构成，且相邻两转动副的轴线正交；位于定平台的三个驱动副轴线两两正交。
运动副是一个统称，包括转动副、移动副、球铰、虎克铰等。一般情况下，驱动副既可以是移动副也可以是转动副。本发明中，驱动副一18，驱动副二5，驱动副三14为使机构运动施加了驱动，因此叫驱动副。

Claims (4)

1.一种驱动变胞转动机构，其特征在于，包括三条支链连接动平台和定平台；每条支链由轴线交于一点的三个转动副连接两条圆弧杆构成，且相邻两转动副的轴线正交；位于定平台的三个驱动副的轴线两两正交；
当变胞机构只有一个驱动副开启时，动平台受到三个约束力和两个约束力偶，具有一维转动自由度；
当变胞机构只开启两个驱动副时，动平台受到三个约束力和一个约束力偶，具有二维转动自由度；
当变胞机构同时开启三个驱动副时，动平台受到过中心点的三个约束力作用，可以实现三维转动；
驱动变胞转动机构通过开启与关闭驱动副，实现一维，二维以及三维转动的构态变换。
2.一种驱动变胞转动机构，包括有圆形的定平台(1)，其特征在于，定平台(1)上设有直杆形的驱动副座一(3)和驱动副座二(9)；驱动副座(3)的顶端设有驱动副二(5)；驱动副二(5)通过连杆三(8)与运动副一(10)转动相连；运动副一(10)与连杆四15的一端相连；连杆四(15)的另一端与转动副一(11)相连；转动副一11与动平台(2)的Y轴连杆的反向端相连；动平台(2)的X轴连杆的反向端与转动副二(12)；转动副二(12)与连杆二(7)的一端相连；连杆二(7)的另一端与运动副二(13)相连；运动副二(13)还与连杆一(6)的一端相连；连杆一(6)的另一端与驱动副三(14)相连；驱动副三(14)固定在定平台(1)上；
动平台2的X轴连杆的反向端连接转动副三(15)，转动副三(15)与连杆五(16)的一端相连；连杆五(16)的一端的另一端与运动副三(17)相连；运动副三(17)还与连杆六(4)的一端相连；连杆六(4)的另一端与驱动副一(18)相连；驱动副一(18)设在驱动副座二(9)的上端。
3.根据权利要求2所述的一种驱动变胞转动机构，其特征在于，所述的驱动副一(18)，转动副一(11)，运动副二(13)的轴线平行；运动副三(17)，驱动副二(5)，转动副二(12)的轴线平行；转动副三(15)，运动副一(10)，驱动副三(14)的轴线平行，三组平行轴线两两垂直且运动过程中均通过O点。
4.根据权利要求2所述的一种驱动变胞转动机构，其特征在于，相邻两的转动副的轴线正交；位于定平台的三个驱动副轴线两两正交。
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