CN110116400A - 一种prs-pru-pur并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人技术领域。目的是提出了一种用于铝合金结构件的刚度精度高、灵活性好、加工速度快、工作空间大、运动学简单、控制容易的PRS‑PRU‑PUR并联机构。技术方案是：一种PRS‑PRU‑PUR并联机构，包括壳状基座、带有电主轴的动平台以及并联连接在壳状基座与动平台之间的第一支链、第二支链和第三支链；所述第一支链包括依次连接于壳状基座与动平台之间的第一移动副、第一转动副、第一连杆以及第一球铰；其中，第一转动副的转动轴线与第一移动副的轴线垂直；所述第二支链包括依次连接于壳状基座与动平台之间的第二移动副、第二转动副、第二连杆以及第二虎克铰；其中，第二转动副的转动轴线与第二移动副的轴线垂直。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种能够用于铝合金结构件加工的新型PRS-PRU-PUR并联机构。
背景技术
传统数控机床的机械结构大多采用串联形式，这种串联结构形式使得其运动输出端容易产生累积误差、整体刚度不高、运动惯量大以及动态响应特性差。相比而言，上世纪90年代出现的基于并联机构的新型机床具有结构紧凑、刚度高、无误差积累、运动部件质量小、易于实现高速运动以及具有较高的动态响应特性等优点，在一定程度上弥补了传统数控机床的不足，迎合了机械加工领域对高速切削的需求，得到了广泛关注。然而，并联机床也有其先天的局限性，尤其是六自由度全并联机床，其运动耦合性强、工作空间小、运动学复杂以及数控编程复杂等缺点限制了并联机床的广泛推广应用。随着并联机构的应用以及并联机构学的不断发展进步，少自由度并联机构越来越受到研究者的重视和青睐。相对于全并联六自由度机构而言，少自由度并联机构具有运动学简单、耦合性弱、容易模块化等优点，一些少自由度并联机构已经在工业领域中得到了成功应用。
现有的并联机构发明公布专利(如CN 101066593A、CN 106903677A、CN107175654A)，机构内部的铰链数过多，影响加工精度，且结构复杂，生产加工难。因此，提出一种加工性能好、生产加工容易的少自由度并联机构十分有必要。
发明内容
本发明克服了上述背景技术中的不足，提出了一种用于铝合金结构件的刚度精度高、灵活性好、加工速度快、工作空间大、运动学简单、控制容易的PRS-PRU-PUR并联机构。
本发明提供的技术方案是：
一种PRS-PRU-PUR并联机构，包括壳状基座、带有电主轴的动平台以及并联连接在壳状基座与动平台之间的第一支链、第二支链和第三支链；
所述的第一支链包括依次连接于壳状基座与动平台之间的第一移动副、第一转动副、第一连杆以及第一球铰；其中，第一转动副的转动轴线与第一移动副的轴线垂直；
所述的第二支链包括依次连接于壳状基座与动平台之间的第二移动副、第二转动副、第二连杆以及第二虎克铰；其中，第二转动副的转动轴线与第二移动副的轴线垂直，第二虎克铰的第一转动轴线与第二转动副的转动轴线平行；
所述的第三支链依次包括连接于安装基座与动平台的第三移动副、第三虎克铰、第三连杆以及第三转动副；所述第三虎克铰的第一转轴轴线与第三移动副轴线垂直；第三转动副的转动轴线与第三虎克铰的第二转轴轴线平行，还与第二支链中第二虎克铰的第二转轴轴线平行。
所述的第一支链和第二支链中，第一移动副与第二转动副的转动轴线相互平行。
第二支链的虎克铰的第二转轴轴线通过第一支链的第一球铰中心；所述第三支链中虎克铰的第一转轴轴线与第一支链的第一转动副轴线平行。
第一支链中，第一转动副的转动轴线垂直且相交于第一移动副的第一导杆轴线；第二支链中，第二转动副的转动轴线垂直且相交于第二移动副的第二导杆轴线。
所述三条支链中，第一移动副、第二移动副、第三移动副的轴线相互平行。
三个支链中的移动副均为主动驱动副；输入驱动依靠伺服电机带动滚珠丝杠驱动移动副实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的并联机构可以执行空间两转动一移动的运动，在加工铝合金结构件时，具有刚度精度高、灵活性好、加工速度快、工作空间大等优点。
附图说明
图1为本发明实施例的PRS-PRU-PUR并联机构示意图。
图2为图1所示的并联机构中第一支链的立体结构示意图。
图3为图1所示的并联机构中第二支链的立体结构示意图。
图4为图1所示的并联机构中第三支链的立体结构示意图。
图中有：1、第一支链，2、第二支链，3、第三支链，4、壳状基座，5、电主轴，6、动平台，11、第一滑块，12、第一连杆，13、第一移动副，14、第一转动副，15、第一球铰，21、第二滑块，22、第二连杆，23、第二移动副，24、第二转动副，25、第二虎克铰，251、第二虎克铰的第一转轴，252，第二虎克铰的第二转轴，31、第三滑块，32、第三连杆，33、第三移动副，34、第三虎克铰，341、第三虎克铰的第一转轴，342、第三虎克铰的第二转轴，35、第三转动副。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步说明。
图1所示的PRS-PRU-PUR并联机构(其中，P代表移动副，R代表转动副，S代表球铰，U代表虎克铰，且P代表该运动副是主动驱动副)包括：壳状基座4(图中，为方便展示将壳状基座简化成三个连为一体的杆状基座)、带有电主轴5的动平台6以及连接在壳状基座4和动平台6之间的第一支链1、第二支链2和第三支链3；通过三个支链中的输入驱动可实现动平台的一维移动和两个转动。
如图2所示，所述的第一支链包括依次连接于壳状基座4与动平台6之间的第一移动副13(第一移动副包括第一导杆以及可滑动地定位在第一导杆上的第一滑块11)、第一转动副14、第一连杆12以及第一球铰15；其中，第一转动副14的转轴轴线与第一移动副13的轴线垂直(作为推荐，第一转动副的转轴与第一移动副的第一导杆轴线垂直并且相交)。
如图3所示，所述的第二支链2包括依次连接于壳状基座4与动平台6之间的第二移动副23(第二移动副包括第二导杆以及可滑动地定位在第二导杆上的第二滑块21)、第二转动副24、第二连杆22、第二连杆22以及第二虎克铰25；其中，第二转动副24的转轴轴线与第二移动副23的轴线垂直(作为推荐，第二转动副的转轴与第二移动副的第二导杆轴线垂直并且相交)，第二虎克铰25的第一转轴轴线251与第二转动副24的转轴轴线平行。
如图1、图2和图3所示，所述的第一支链1和第二支链2中，第一转动副14和第二转动副24的转轴轴线相互平行，第二虎克铰25的第二转轴轴线252通过第一球铰15的转动中心.
如图4所示，所述的第三支链3依次包括连接于安装基座4与动平台6的第三移动副33(第三移动副包括第三导杆以及可滑动地定位在第三导杆上的第三滑块31)、第三虎克铰34、第三连杆32以及连接于第三连杆32与动平台6的第三转动副35；其中，第三虎克铰34的第一转轴轴线341与第三移动副33的轴线垂直，第三转动副35的转轴轴线与第三虎克铰34的第二转轴轴线342平行。
如图1、图3和图4所示，所述第三支链3的第三转动副35的转动轴线与第二支链2的第二虎克铰25的第二转轴252平行。
如图1、图2和图4所示，所述第三支链3中第三虎克铰34的第一转轴341与第一支链1中第一转动副14的转轴平行。
所述的三条支链的移动副的轴线相互平行；三条支链中移动副的导杆轴线还形成一个横截面为等腰直角三角形的空间柱体；所有移动副均为主动驱动副，本发明中，主动驱动副由伺服电机带动滚珠丝杠机构实现驱动；当移动副运动时，可实现并联机构的动平台6在空间内两转动一移动的三自由度运动效果。
Claims (6)
1.一种PRS-PRU-PUR并联机构，包括壳状基座(4)、带有电主轴(5)的动平台(6)以及并联连接在壳状基座和动平台之间的第一支链(1)、第二支链(2)和第三支链(3)；
所述的第一支链包括依次连接于壳状基座与动平台之间的第一移动副(13)、第一转动副(14)、第一连杆(12)以及第一球铰(15)；其中，第一转动副的转动轴线与第一移动副的轴线垂直；
所述的第二支链包括依次连接于壳状基座与动平台之间的第二移动副(23)、第二转动副(24)、第二连杆(22)以及第二虎克铰(25)；其中，第二转动副的转动轴线与第二移动副的轴线垂直，第二虎克铰的第一转动轴线与第二转动副的转动轴线平行；
所述的第三支链依次包括连接于安装基座与动平台的第三移动副(33)、第三虎克铰(34)、第三连杆(32)以及第三转动副(33)；所述第三虎克铰的第一转轴轴线与第三移动副轴线垂直；第三转动副的转动轴线与第三虎克铰的第二转轴轴线平行，还与第二支链中第二虎克铰的第二转轴轴线平行。
2.根据权利要求1所述的PRS-PRU-PUR并联机构，其特征在于：所述的第一支链和第二支链中，第一移动副与第二转动副的转动轴线相互平行。
3.根据权利要求2所述的PRS-PRU-PUR并联机构，其特征在于：第二支链的虎克铰的第二转轴轴线通过第一支链的第一球铰中心；所述第三支链中虎克铰的第一转轴轴线与第一支链的第一转动副轴线平行。
4.根据权利要求3所述的PRS-PRU-PUR并联机构，其特征在于：第一支链中，第一转动副的转动轴线垂直且相交于第一移动副的第一导杆轴线；第二支链中，第二转动副的转动轴线垂直且相交于第二移动副的第二导杆轴线。
5.根据权利要求4所述的PRS-PRU-PUR并联机构，其特征在于：三条支链的移动副的轴线相互平行。
6.根据权利要求5所述的PRS-PRU-PUR并联机构，其特征在于：三条支链中的移动副均为主动驱动副，输入驱动依靠伺服电机带动滚珠丝杠驱动移动副实现。
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