CN110181491B - 一种两移一转冗余驱动并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两移一转冗余驱动并联机构，包括定平台、动平台两条RRPR支链及两条RURP支链；定平台对称两端分别通过一个RRPR支链与动平台的两端相连，定平台的另一对称两端分别通过一个RURP支链与动平台的另一两端相连；每个所述支链RRPR和RURP中的移动副均为驱动副。本发明由于引入冗余驱动，提高机构的承载能力、驱动稳定性、整体刚度等性能，消除了奇异位型，扩大了工作空间，增加了机构的可操作性等。

Description

一种两移一转冗余驱动并联机构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及到一种两移一转冗余驱动并联机构。

背景技术

由于两移一转三自由度冗余驱动并联机构具有较强的刚度、承载力大、灵巧性好、工作空间大、负载分配性好、运动\力传递性能好等优点，在铣削、冲压、焊接、物流等领域用途广泛，这种机构也可用做五轴混联机床的并联模块，相较于两转一移冗余驱动机构来说，该机构减少了两转动的耦合，更便于控制和分析，与更具有灵活性的两转动串联模块配合，能够提高机床的灵活度和精度等性能，能加工更为复杂的曲面。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种两移一转冗余驱动并联机构，由于引入冗余驱动，提高机构的承载能力、驱动稳定性、整体刚度等性能，消除了奇异位型，扩大了工作空间，增加了机构的可操作性等。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种两移一转冗余驱动并联机构，其特征在于：包括定平台、动平台、第一支链、第二支链、第三支链、第四支链，所述定平台为长方形板状平台，平台上两端设置有两竖直向上的滑道，所述动平台为十字形板状结构，所述定平台的对称两端各自分别通过第二支链、第四支链与动平台的两端相连，所述定平台的另一对称两端各自分别通过第一支链、第三支链与所述动平台的另一两端相连，其中第一支链、第二支链、第三支链、第四支链的移动副均为驱动副，驱动副均采用电缸直线驱动。

上述技术方案中，所述第二支链和所述第四支链都为RRPR支链，所述RRPR支链包括第一转动副、第二转动副、第一移动副、第三转动副以及第一连杆、第二连杆和第三连杆；所述第一连杆的顶端通过第一转动副与动平台的一端相连，第二连杆的顶端通过第二转动副与第一连杆的底端相连，第三连杆的顶端通过第一移动副与第二连杆的底端相连，第三连杆的底端通过第三转动副与定平台的一端相连。

上述技术方案中，所述第一支链和所述第三支链都为RURP支链，所述RURP支链包括第四转动副、万向节、第五转动副、第二移动副、以及第四连杆、第五连杆、第六连杆和第七连杆；所述第四连杆的顶端通过第四转动副与动平台的一端相连，第五连杆中的一个转动副与第四连杆的底端通过一个转动副相连，第五连杆中的另一个转动副与第六连杆的顶端通过一个转动副相连，第五连杆的两个转动副轴线相互垂直，构成万向节的运动副第六连杆的底端通过第五转动副与第七连杆的一端相连，第七连杆的另一端通过第二移动副与所述定平台设立的滑道相连。

上述技术方案中，每个所述的RRPR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，第一移动副方向沿着第二和第三转动副的转动轴线的公垂线方向。

上述技术方案中，第二支链中的第一转动副与第四支链中的第一转动副共轴；第四支链中的第二转动副与第二支链中的第二转动副平行。

上述技术方案中，每个所述的RURP支链中，第四转动副的转动轴线垂直于第五转动副的转动轴线，第四转动副的转动轴线平行于万向节中的一个转动副的转动轴线，第五转动副的转动轴线平行于万向节中的另一个转动副的转动轴线，第二移动副的方向为竖直向上。

上述技术方案中，第一支链中的第四转动副与第三支链中的第四转动副共轴，第一支链中的第五转动副与第三支链中的第五转动副平行，第一、三支链的第四转动副转动副轴线垂直于第二、四支链的第一转动副转动副轴线，第一、三支链的第四转动副转动副轴线平行于第二、四支链的第二转动副转动副轴线，第一、三支链的第五转动副转动副轴线平行于第二、四支链的第一转动副转动副轴线。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明由于机构简单，均采用低副结构，降低了制造成本；引入冗余驱动，使得机构增大工作空间，提高了系统的刚度、增大了承载能力，优化了驱动器负载状况，避免出现单个驱动过载情况，提高力传递性能；所述机构均采用低副机构，并且所有驱动副为各支链的移动副，采用电缸直线驱动，进而使得机构具有良好的运动性和容错性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明的结构示意图；

图中：11-第四连杆，12-第五连杆，13-第六连杆，14-第七连杆，a1-第四转动副，b1-万向节，c1-第五转动副，d1-第二移动副；21-第一连杆，22-第二连杆，23-第三连杆，a2-第一转动副，b2-第二转动副，c2-第一移动副，d2-第三转动副；5为动平台，6为定平台。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明公开了一种两移一转冗余驱动并联机构，如图1所示，包括定平台6、动平台5、两条RRPR支链及两条RURP支链；两条RRPR支链分别构成第二和第四支链，两条RURP支链分别构成第一和第三支链，定平台6的对称两端分别通过一个RRPR支链与动平台的两端相连，定平台6的另一对称两端分别通过一个RURP支链与动平台的另一两端相连；每个所述支链RRPR和RURP中的移动副均为驱动副。

定平台6为长方形板状平台，定平台上两端设置有两竖直向上的滑道，两滑道设置在长方形板状平台的相对两边的中间位置；动平台5为十字形板状结构。

第一、三支链为RURP支链，每个支链中均采用电缸直线驱动，每一支链包括所述第一支链和所述第三支链都为RURP支链，所述RURP支链包括第四转动副a1、万向节b1、第五转动副c1、第二移动副d1、以及第四连杆11、第五连杆12、第六连杆13和第七连杆14；所述第四连杆11的顶端通过第四转动副a1与动平台5的一端相连，第五连杆12中的一个转动副与第四连杆11的底端通过一个转动副相连，第五连杆12中的另一个转动副与第六连杆13的顶端通过一个转动副相连，第五连杆12的两个转动副轴线相互垂直，构成万向节b1的运动副，第六连杆13的底端通过第五转动副c1与第七连杆14的一端相连，第七连杆14的另一端通过第二移动副d1与定平台6设立的滑道相连。

每个RURP支链中，第四转动副a1的转动轴线垂直于第五转动副b2的转动轴线，第四转动副a1的转动轴线平行于万向节b1中的一个转动副的转动轴线，第五转动副c1的转动轴线平行于万向节b1中的另一个转动副的转动轴线，第二移动副d1的方向为竖直向上，第一支链中的第四转动副a1与第三支链中的第四转动副a1共轴，第一支链中的第五转动副c1与第三支链中的第五转动副c1平行。

第二支链和第四支链都为RRPR支链，每个支链中均采用电缸直线驱动，RRPR支链包括第一转动副a2、第二转动副b2、第一移动副c2、第三转动副d2以及第一连杆21、第二连杆22和第三连杆23；所述第一连杆21的顶端通过第一转动副a2与动平台5的一端相连，第二连杆22的顶端通过第二转动副b2与第一连杆21的底端相连，第三连杆23的顶端通过第一移动副c2与第二连杆22的底端相连，第三连杆23的底端通过第三转动副d2与定平台6的一端相连。

每个RRPR支链中，第一转动副a2的转动轴线垂直于第二转动副b2以及第三转动副d2的转动轴线，第二转动副b2的转动轴线平行于第三转动副d2的转动轴线，第一移动副c2方向沿着第二和第三转动副d2的转动轴线的公垂线方向，第二支链中的第一转动副与第四支链中的第一转动副共轴；第四支链中的第二转动副与第二支链中的第二转动副平行。

根据本发明的一个具体实施例，本发明使用2T1R三自由度的2RRPR&2RURP型冗余驱动并联机构，第一、三支链为RURP型结构，第二、四支链为RRPR型结构，该机构的四个移动副均为驱动副，均选用电缸直线驱动，在四个驱动副的驱动下，本发明能够实现沿第一、三支链中第一转动副a2轴线方向的转动自由度、竖直方向移动自由度和垂直于两滑道平面方向的移动自由度。由于引入冗余驱动，提高机构的承载能力、驱动稳定性、整体刚度等性能，消除了奇异位型，扩大了工作空间，增加了机构的可操作性等，该机构可转动角度也非常大。

如图1所示的三维结构示意图中，定平台6为长方形板状平台，定平台上两端设置有两竖直向上的滑道，两滑道设置在长方形板状平台的相对两边的中间位置；滑道的尺寸规格一致，动平台5为十字形板状结构，动平台5的对称两端的尺寸规格一致。

其中：在第一支链中，第四连杆11的顶端通过第四转动副a1与动平台5的一端相连，第五连杆12中的一个转动副与第四连杆11的底端通过一个转动副相连，第五连杆12中的另一个转动副与第六连杆13的顶端通过一个转动副相连，第五连杆12的两个转动副轴线相互垂直，构成万向节b1的运动副，第六连杆13的底端通过第五转动副c1与第七连杆14的一端相连，第七连杆14的另一端通过第二移动副d1与所述定平台6设立的滑道相连；

在第二支链中，第一连杆21的顶端通过第一转动副a2与动平台5的一端相连，第二连杆22的顶端通过第二转动副b2与第一连杆21的底端相连，第三连杆23的顶端通过第一移动副c2中的第二连杆22的底端相连，第二支链第三连杆23的底端通过第二支链第三转动副d2与定平台6相连；

同样的，第三支链和第一支链的结构相同，各部件连接方式相同，第四和第二支链的结构相同，各部件的连接方式相同，这里就不再赘述第三支链和第四支链的结构。

如图1所示，RRPR支链中，第一转动副a2的转动轴线垂直于第二、三转动副的转动轴线，第二转动副b2的转动轴线平行于第三转动副d2的转动轴线，第一移动副c2方向沿着第二转动副b2和第三转动副d2的转动轴线的公垂线方向。

其中，第二支链的第一转动副a2与第四支链的第一转动副a2共轴；第四支链的第二转动副b2与第二支链的第二转动副b2平行。

图1中所示的RURP支链中，每个所述的RURP支链中，第四转动副a1的转动轴线垂直于第五转动副c1的转动轴线，第四转动副a1的转动轴线平行于万向节b1中的一个转动副的转动轴线，第五转动副c1的转动轴线平行于万向节b1中的另一个转动副的转动轴线，第二移动副d1的方向为竖直向上。

第一支链中的第四转动副a1与第三支链中的第四转动副a1共轴，第一支链中的第五转动副c1与第三支链中的第五转动副c1平行，第一、三支链的第四转动副a1转动副轴线垂直于第二、四支链的第一转动副a2转动副轴线，第一、三支链的第四转动副a1转动副轴线平行于第二、四支链的第二转动副b2转动副轴线，第一、三支链的第五转动副c1转动副轴线平行于第二、四支链的第一转动副a2转动副轴线。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (1)

1.一种两移一转冗余驱动并联机构，其特征在于：包括定平台、动平台、第一支链、第二支链、第三支链、第四支链，所述定平台为长方形板状平台，平台上两端设置有两竖直向上的滑道，所述动平台为十字形板状结构，所述定平台的对称两端各自分别通过第二支链、第四支链与动平台的两端相连，所述定平台的另一对称两端各自分别通过第一支链、第三支链与所述动平台的另一两端相连，其中第一支链、第二支链、第三支链、第四支链的移动副均为驱动副，驱动副均采用电缸直线驱动；所述第二支链和所述第四支链都为RRPR支链，所述RRPR支链包括第一转动副、第二转动副、第一移动副、第三转动副以及第一连杆、第二连杆和第三连杆；所述第一连杆的顶端通过第一转动副与动平台的一端相连，第二连杆的顶端通过第二转动副与第一连杆的底端相连，第三连杆的顶端通过第一移动副与第二连杆的底端相连，第三连杆的底端通过第三转动副与定平台的一端相连；所述第一支链和所述第三支链都为RURP支链，所述RURP支链包括第四转动副、万向节、第五转动副、第二移动副、以及第四连杆、第五连杆、第六连杆和第七连杆；所述第四连杆的顶端通过第四转动副与动平台的一端相连，第五连杆中的一个转动副与第四连杆的底端通过一个转动副相连，第五连杆中的另一个转动副与第六连杆的顶端通过一个转动副相连，第五连杆的两个转动副轴线相互垂直，构成万向节的运动副，第六连杆的底端通过第五转动副与第七连杆的一端相连，第七连杆的另一端通过第二移动副与所述定平台设立的滑道相连；每个所述的RRPR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，第一移动副方向沿着第二和第三转动副的转动轴线的公垂线方向；第二支链中的第一转动副与第四支链中的第一转动副共轴；第四支链中的第二转动副与第二支链中的第二转动副平行；每个所述的RURP支链中，第四转动副的转动轴线垂直于第五转动副的转动轴线，第四转动副的转动轴线平行于万向节中的一个转动副的转动轴线，第五转动副的转动轴线平行于万向节中的另一个转动副的转动轴线，第二移动副的方向为竖直向上；第一支链中的第四转动副与第三支链中的第四转动副共轴，第一支链中的第五转动副与第三支链中的第五转动副平行，第一、三支链的第四转动副转动副轴线垂直于第二、四支链的第一转动副转动副轴线，第一、三支链的第四转动副转动副轴线平行于第二、四支链的第二转动副转动副轴线，第一、三支链的第五转动副转动副轴线平行于第二、四支链的第一转动副转动副轴线。

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