CN110181487A - 一种具有高灵巧度两转一移冗余驱动并联机构 - Google Patents

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李永泉
邓威耀
张阳
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    • 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

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Abstract

本发明公开了一种具有高灵巧度两转一移冗余驱动并联机构，属于机器人技术领域。本发明包括动平台、定平台及4条完全相同的RPRU支链；所述动平台包括动平台一和动平台二；两条RPRU支链对称设置在动平台一两侧，且每条RPRU支链一端连接定平台，另一端连接动平台一；剩余两条RPRU支链对称设置在动平台二两侧，且每条RPRU支链一端连接定平台，另一端连接动平台二；动平台一与动平台二用动平台转动副连接；本发明并联机构稳定性能好，结构较为简单，操作方便，其无论动力学还是运动学控制都能有很好的体现，性能优良；其结构为冗余并联机构，使工作空间得到增大，系统的刚度、容错性得到很大提升。

Description

一种具有高灵巧度两转一移冗余驱动并联机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种具有高灵巧度两转一移冗余驱动并联机构。
背景技术
两转一移三自由度并联机构在工业加工中包括切削加工，铸造、锻造、冲压、挤压等等加工领域都有很大的用处，这些加工场景下对执行机构的各种要求非常高，具有合适的工作区间，承载能力大，刚度强度大同时容易控制的同类型的并联机构目前并不多。
发明内容
为了解决上述一些技术要求，本发明提供一种具有高灵巧度两转一移冗余驱动并联机构。其具有完全对称的结构，同时具有冗余性，使得对该机构运动学和动力学控制变得简单。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种具有高灵巧度两转一移冗余驱动并联机构，其特征在于：包括动平台、定平台及4条完全相同的RPRU支链；所述动平台包括动平台一和动平台二；两条RPRU支链对称设置在动平台一两侧，且每条RPRU支链一端连接定平台，另一端连接动平台一；剩余两条RPRU支链对称设置在动平台二两侧，且每条RPRU支链一端连接定平台，另一端连接动平台二；动平台一与动平台二用动平台转动副连接；
所述RPRU支链包括第一连杆、第二连杆和第三连杆；第一连接杆和第二连接杆用移动副连接，所述第一连接杆的另一端与定平台用第二转动副连接，所述第二连接杆另一端与第三连杆用第一转动副、U副第二转动副连接，所述第三连接杆与动平台用U副第一转动副连接；所述移动副用驱动副驱动；U副第一转动副的转动副轴线与U副第二转动副的转动副轴线和第二转动副的转动副轴线垂直，U副第二转动副的转动副轴线平行于第二转动副的转动副轴线。
进一步的技术方案在于，所述驱动副为直线电缸。
进一步的技术方案在于，连接动平台一的两条RPRU支链，其两个U副第一转动副共轴线布置，且U副第一转动副转动方向所在平面垂直于动平台一；连接动平台二的两条RPRU支链，其两个U副第一转动副共轴线布置，且U副第一转动副转动方向所在平面垂直于动平台二。
进一步的技术方案在于，连接动平台一的一条RPRU支链的U副第一转动副，连接动平台二的一条RPRU支链的U副第一转动副，两个U副第一转动副的转动副轴线相互垂直布置。
利用上述技术方案，本发明与已有的结构相比具有特点：并联机构稳定性能好，结构较为简单，操作方便，其无论动力学还是运动学控制都能有很好的体现，性能优良；其结构为冗余并联机构，使工作空间得到增大，系统的刚度、容错性得到很大提升，每个支链的移动副作为驱动副，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。
在图1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U副第一转动副；A2、第一支链U副第二转动副；A3、第一支链第一转动副；A4、第一支链移动副；A5、第一支链第二转动副；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U副第一转动副；B2、第二支链U副第二转动副；B3、第二支链第一转动副；B4、第二支链移动副；B5、第二支链第二转动副；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U副第一转动副；C2、第三支链U副第二转动副；C3、第三支链第一转动副；C4、第三支链移动副；C5、第三支链第二转动副；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U副第一转动副；D2、第四支链U副第二转动副；D3、第四支链第一转动副；D4、第四支链移动副；D5、第四支链第二转动副；5、动平台一；6、动平台二；F、平台转动副；7、定平台。
具体实施方式
本发明实施例中，其阐述了一种具有高灵巧度两转一移冗余驱动并联机构，其包括动平台、定平台7及4条完全相同的RPRU支链；所述动平台包括动平台一5和动平台二6；两条RPRU支链对称设置在动平台一5两侧，且每条RPRU支链一端连接定平台7，另一端连接动平台一5；剩余两条RPRU支链对称设置在动平台二6两侧，且每条RPRU支链一端连接定平台7，另一端连接动平台二6；动平台一5与动平台二6用动平台转动副F连接；
所述RPRU支链包括第一连杆、第二连杆和第三连杆；第一连接杆和第二连接杆用移动副连接，所述第一连接杆的另一端与定平台7用第二转动副连接，所述第二连接杆另一端与第三连杆用第一转动副、U副第二转动副连接，所述第三连接杆与动平台用U副第一转动副连接；所述移动副用驱动副驱动；U副第一转动副的转动副轴线与U副第二转动副的转动副轴线和第二转动副的转动副轴线垂直，U副第二转动副的转动副轴线平行于第二转动副的转动副轴线。
本发明实施例中，所述驱动副为直线电缸。
本发明实施例中，连接动平台一5的两条RPRU支链，其两个U副第一转动副共轴线布置，且U副第一转动副转动方向所在平面垂直于动平台一5；连接动平台二6的两条RPRU支链，其两个U副第一转动副共轴线布置，且U副第一转动副转动方向所在平面垂直于动平台二6。
本发明实施例中，连接动平台一5的一条RPRU支链的U副第一转动副，连接动平台二6的一条RPRU支链的U副第一转动副，两个U副第一转动副的转动副轴线相互垂直布置。
本发明实施例中，动平台一5为凹型，动平台二6置于动平台一5的凹槽内并用动平台转动副F连接。
本发明实施例中，两个通过动平台转动副F连接的动平台，分别为动平台一5和动平台二6，一个定平台7。各RPRU支链的第一转动副的转动副轴线平行于第二转动副的转动副轴线。
第一支链U副第一转动副A1与第三支链U副第一转动副C1共线，第一支链U副第二转动副A2与第三支链U副第二转动副C2平行，同时第二支链U副第一转动副B1与第四U副支链第一转动副D1共线，第二支链U副第二转动副B2与第四支链U副第二转动副D2共线平行。所述各支链的移动副均为驱动副，该驱动副选择直线电缸驱动，在驱动副运动时，该并联机构可实现两转动一移动3自由度运动。
4条RPRU支链分别为第一支链、第二支链、第三支链、第四支链；
第一支链：第一支链第一连杆11通过第一支链第二转动副A5与定平台7连接，第一支链第一连杆11的另外一端通过第一支链移动副A4与第一支链第二连杆12连接，第一支链第二连杆12的另一头通过第一支链转动副A3、第一支链U副第二转动副A2与第一支链第三连杆13连接，最后第一支链第三连杆13另一端通过第一支链U副第一转动副A1连接动平台一5。
第二支链：第二支链第一连杆21通过第二支链第二转动副B5与定平台7连接，第二支链第一连杆21的另外一端通过第二支链移动副B4与第二支链第二连杆22连接，第二支链第二连杆22的另一头通过第二支链转动副B3、第二支链U副第二转动副B2与第二支链第三连杆23连接，最后第二支链第三连杆23另一端通过第二支链U副第一转动副B1连接动平台二6。
第三支链：第三支链第一连杆31通过第三支链第二转动副C5与定平台7连接，第三支链第一连杆31的另外一端通过第三支链移动副C4与第三支链第二连杆32连接，第三支链第二连杆32的另一头通过第三支链转动副C3、第三支链U副第二转动副C2与第三支链第三连杆33连接，最后第三支链第三连杆33另一端通过第三支链U副第一转动副C1连接动平台一5。
第四支链：第四支链第一连杆41通过第四支链第二转动副D5与定平台7连接，第四支链第一连杆41的另外一端通过第四支链移动副D4与第四支链第二连杆42连接，第四支链第二连杆42的另一头通过第四支链转动副D3、第四支链U副第二转动副D2与第四支链第三连杆43连接，最后第四支链第三连杆43另一端通过第四支链U副第一转动副D1连接动平台二6。

Claims (4)

1.一种具有高灵巧度两转一移冗余驱动并联机构，其特征在于：包括动平台、定平台及4条完全相同的RPRU支链；所述动平台包括动平台一和动平台二；两条RPRU支链对称设置在动平台一两侧，且每条RPRU支链一端连接定平台，另一端连接动平台一；剩余两条RPRU支链对称设置在动平台二两侧，且每条RPRU支链一端连接定平台，另一端连接动平台二；动平台一与动平台二用动平台转动副连接；
所述RPRU支链包括第一连杆、第二连杆和第三连杆；第一连接杆和第二连接杆用移动副连接，所述第一连接杆的另一端与定平台用第二转动副连接，所述第二连接杆另一端与第三连杆用第一转动副、U副第二转动副连接，所述第三连接杆与动平台用U副第一转动副连接；所述移动副用驱动副驱动；U副第一转动副的转动副轴线与U副第二转动副的转动副轴线和第二转动副的转动副轴线垂直，U副第二转动副的转动副轴线平行于第二转动副的转动副轴线。
2.根据权利要求1所述的一种具有高灵巧度两转一移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述驱动副为直线电缸。
3.根据权利要求1所述一种具有高灵巧度两转一移冗余驱动并联机构，其特征在于：连接动平台一的两条RPRU支链，其两个U副第一转动副共轴线布置，且U副第一转动副转动方向所在平面垂直于动平台一；连接动平台二的两条RPRU支链，其两个U副第一转动副共轴线布置，且U副第一转动副转动方向所在平面垂直于动平台二。
4.根据权利要求1或3所述一种具有高灵巧度两转一移冗余驱动并联机构，其特征在于：连接动平台一的一条RPRU支链的U副第一转动副，连接动平台二的一条RPRU支链的U副第一转动副，两个U副第一转动副的转动副轴线相互垂直布置。
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