CN110355743A - 一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，包括定平台、动平台、两条支链及两条RPRR支链；所述定平台上表面沿纵向分布四个铰链支座，沿横向分布两个铰链支座；所述定平台上表面纵向分布的四个铰链支座通过两个支链与所述动平台纵轴的两端相连；所述定平台上表面横向分布的两个铰链支座通过两个RPRR支链与所述动平台横轴的两端相连。本发明提供的一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，由于引入冗余驱动，提高了机构的承载能力、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

一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构
技术领域
本发明属于机器人结构技术领域，具体涉及一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构。
背景技术
目前存在的二维转动一维移动三自由度并联机构大多是两转动是共面的,在有些物流,冲压,铣削等领域为了了获得更大的工作空间需要将两转动分离开，也为了满足一些要求两转动分开的特定任务要求，需要非共面二维转动一维移动三自由度并联机构，这类机构目前非常稀缺，引入冗余驱动是为了获得更好的性能，如高刚度，消除奇异位型，得到更大的工作空间，良好驱动稳定性等等，因此，非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构的研制意义重大。
发明内容
本发明提供的一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，利用非共面二维转动一维移动三自由度冗余驱动并联结构具有较强的刚度、承载力大、灵巧性好、工作空间大、负载分配性好、运动力传递性能好的优点,引入冗余驱动结构，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。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，包括定平台、动平台、两条支链及两条RPRR支链；所述平台上表面沿纵向分布四个铰链支座，沿横向分布两个铰链支座；所述定平台上表面纵向分布的四个铰链支座通过两个支链与所述动平台纵轴的两端相连；所述定平台上表面横向分布的两个铰链支座通过两个RPRR支链与所述动平台横轴的两端相连。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述定平台为矩形板状平台，所述动平台为十字形板状结构。
本发明技术方案的进一步改进在于：第一支链及第三支链均为RPRR型支链；每个RPRR支链均包括第一转动副、第一移动副、第二转动副、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一移动副与第一连杆的底端相连，第三连杆的顶端通过第二转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铰链支座相连。
本发明技术方案的进一步改进在于：每个RPRR支链中，第一转动副的转动轴线平行于第二转动副的转动轴线，第二转动副的转动轴线垂直于第三转动副转动轴线，第一移动副的方向沿着第一转动副和第二转动副的转动轴线的公垂线方向；第一支链第一转动副与第三支链第一转动副平行，第一支链第三转动副与第三支链第三转动副的转动轴线共线。
本发明技术方案的进一步改进在于：第二支链及第四支链均为型支链，每个支链均包括第一转动副、复合铰链、第一移动副、第二转动副、第二移动副、第三转动副，以及第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆；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，第二连杆的顶端和第四连杆的顶端通过复合铰链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，第五连杆的顶端通过第二移动副与第四连杆的底端相连，第三连杆的底端通过第二转动副与定平台的一端相连，第五连杆的底端通过第三转动副与定平台的铰链支座相连。
本发明技术方案的进一步改进在于：每个支链中，第一转动副的转动轴线垂直于复合铰链、第二转动副、第三转动副的转动轴线，复合铰链、第二转动副、第三转动副的转动轴线相互平行，第一移动副方向沿着复合铰链轴线和第二转动副的转动轴线的公垂线方向,第二移动副方向沿着复合铰链轴线和第三转动副的转动轴线的公垂线方向；第二支链第一转动副与第四支链第一转动副共轴；第四支链第二转动副与第二支链第二转动副平行。
本发明技术方案的进一步改进在于：每个支链或RPRR支链中，第一支链第一转动副的轴线平行于第二支链第一转动副的轴线，第三支链第一转动副平行于第四支链第一转动副的轴线；第一支链第二转动副的轴线平行于第二支链第一转动副的轴线，第三支链第二转动副平行于第四支链第一转动副的轴线。
本发明技术方案的进一步改进在于：每个支链或RPRR支链中的移动副均为驱动副；所述驱动副均采用电缸直线驱动。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明提供的非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，提供了一种新式构型，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。
本发明提供的非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构为一种2R1T三自由度的冗余驱动并联机构，第一、三支链为RPRR型结构，第二、四支链为型结构，该机构的六个移动副均为驱动副，均选用电缸直线驱动，在六个驱动副的驱动下，本发明能够实现沿第一、三支链中第一转动副轴线方向的转动自由度，沿第一、三支链中第三转动副轴线方向的转动自由度和垂直于动平台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。
附图说明
图1是本发明提供的非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构的三维结构示意图；
其中，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，b1、第一支链移动副，c1、第一支链第二转动副，d1、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，24、第二支链第四连杆，25、第二支链第五连杆，a2、第二支链第一转动副，b2、第二支链复合铰链，c2、第二支链第一移动副，d2、第二支链第二转动副，e2、第二支链第二移动副，f2、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，a3、第三支链第一转动副，b3、第三支链移动副，c3、第三支链第二转动副，d3、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，44、第四支链第四连杆，45、第四支链第五连杆；a4、第四支链第一转动副，b4、第四支链复合铰链，c4、第四支链第一移动副，d4、第四支链第二转动副，e4、第四支链第二移动副，f4、第四支链第三转动副；6、动平台，7、定平台。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
如附图1本发明提供的非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构的三维结构示意图，本发明公开了一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，包括定平台7、动平台6、两条支链及两条RPRR支链；所述定平台7为矩形板状平台，该平台上表面沿纵向分布四个铰链支座，沿横向分布两个铰链支座；所述动平台6为十字形板状结构；所述定平台7上表面纵向分布的四个铰链支座通过两个支链与所述动平台6纵轴的两端相连；所述定平台7上表面横向分布的两个铰链支座通过两个RPRR支链与所述动平台6横轴的两端相连。
进一步地,在本发明提供的实施例中，每个支链或RPRR支链中的移动副均为驱动副；所述驱动副均采用电缸直线驱动。所述每个型支链和RPRR型支链中的驱动副均采用电缸直线驱动。RPRR型的第一支链及第三支链的第一转动副转动副轴线依次平行于型的第二支链及第四支链的第一转动副转动副轴线；RPRR型的第一支链及第三支链的第一移动副轴线依次垂直于型的第二支链及第四支链的复合铰链轴线；RPRR型的第一支链及第三支链的第二转动副轴线依次平行于型的第二支链及第四支链的第一转动副轴线。
进一步地,在本发明提供的实施例中，所述第一支链及第三支链均为RPRR型支链，每个支链中均采用电缸直线驱动；每个RPRR支链均包括第一转动副、第一移动副、第二转动副、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6的一端相连，第二连杆的顶端通过第一移动副与第一连杆的底端相连，第三连杆的顶端通过第二转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7的铰链支座相连。
每个RPRR支链中，第一转动副的转动轴线平行于第二转动副的转动轴线，第二转动副的转动轴线垂直于第三转动副转动轴线，第一移动副的方向沿着第一转动副和第二转动副的转动轴线的公垂线方向；第一支链第一转动副a1与第三支链第一转动副a3平行，第一支链第三转动副d1与第三支链第三转动副d3的转动轴线共线。
进一步地,在本发明提供的实施例中，所述第二支链及第四支链均为型支链，每个支链中均采用电缸直线驱动；每个支链均包括第一转动副、复合铰链、第一移动副、第二转动副、第二移动副、第三转动副，以及第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆；所述第一连杆的顶端通过第一转动副与动平台6的一端相连，第二连杆的顶端和第四连杆的顶端通过复合铰链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，第五连杆的顶端通过第二移动副与第四连杆的底端相连，第三连杆的底端通过第二转动副与定平台7的一端相连，第五连杆的底端通过第三转动副与定平台7的铰链支座相连。
每个支链中，第一转动副的转动轴线垂直于复合铰链、第二转动副、第三转动副的转动轴线，复合铰链、第二转动副、第三转动副的转动轴线相互平行，第一移动副方向沿着复合铰链轴线和第二转动副的转动轴线的公垂线方向,第二移动副方向沿着复合铰链轴线和第三转动副的转动轴线的公垂线方向；第二支链第一转动副a2与第四支链第一转动副a4共轴；第四支链第二转动副d4与第二支链第二转动副d2平行。
进一步地，每个支链或RPRR支链中，第一支链第一转动副a1的轴线平行于第二支链第一转动副a2的轴线，第三支链第一转动副a3平行于第四支链第一转动副a4的轴线；第一支链第二转动副c1的轴线平行于第二支链第一转动副a2的轴线，第三支链第二转动副c3平行于第四支链第一转动副a4的轴线。
具体的，在本发明提供的实施例中，第一支链第一连杆11的顶端通过第一转动副a1与动平台6的一端相连，第一支链第二连杆12的顶端通过移动副b1与第一支链第一连杆11的底端相连，第一支链第三连杆13的顶端通过第二转动副c1与第一支链第二连杆12的底端相连，第一支链第三连杆13的底端通过第三转动副d1与定平台7的铰链支座相连；第二支链第一连杆21的顶端通过第一转动副a2与动平台6的一端相连，第二支链第二连杆22的顶端和第二支链第四连杆24的顶端通过复合铰链b2与第二支链第一连杆21的底端相连，第二支链第三连杆23的顶端通过第一移动副c2与第二支链第二连杆22的底端相连，第二支链第五连杆25的顶端通过第二移动副e2与第二支链第四连杆24的底端相连，第二支链第三连杆23的底端通过第二转动副d2与定平台7的铰链支座相连，第二支链第五连杆25的底端通过第三转动副f2与定平台7的铰链支座相连；第三支链第一连杆31的顶端通过第一转动副a3与动平台6的一端相连，第三支链第二连杆32的顶端通过移动副b3与第三支链第一连杆31的底端相连，第三支链第三连杆33的顶端通过第二转动副c3与第三支链第二连杆32的底端相连，第三支链第三连杆33的底端通过第三转动副d3与定平台7的铰链支座相连；第四支链第一连杆41的顶端通过第一转动副a4与动平台6的一端相连，第四支链第二连杆42的顶端和第四支链第四连杆44的顶端通过复合铰链b4与第四支链第一连杆41的底端相连，第四支链第三连杆43的顶端通过第一移动副c4与第四支链第二连杆42的底端相连，第四支链第五连杆45的顶端通过第二移动副e4与第四支链第四连杆44的底端相连，第四支链第三连杆43的底端通过第二转动副d4与定平台7的铰链支座相连，第四支链第五连杆45的底端通过第三转动副f4与定平台7的铰链支座相连。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，其特征在于：包括定平台(7)、动平台(6)、两条支链及两条RPRR支链；所述定平台(7)的上表面沿纵向分布四个铰链支座，沿横向分布两个铰链支座；所述定平台(7)上表面纵向分布的四个铰链支座通过两个支链与所述动平台(6)纵轴的两端相连；所述定平台(7)上表面横向分布的两个铰链支座通过两个RPRR支链与所述动平台(6)横轴的两端相连。
2.根据权利要求1所述的一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，其特征在于：所述定平台(7)为矩形板状平台；所述动平台(6)为十字形板状结构。
3.根据权利要求1所述的一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，其特征在于：第一支链及第三支链均为RPRR型支链；每个RPRR支链均包括第一转动副、第一移动副、第二转动副、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(6)的一端相连，第二连杆的顶端通过第一移动副与第一连杆的底端相连，第三连杆的顶端通过第二转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(7)的铰链支座相连。
4.根据权利要求3所述的一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，其特征在于：每个RPRR支链中，第一转动副的转动轴线平行于第二转动副的转动轴线，第二转动副的转动轴线垂直于第三转动副转动轴线，第一移动副的方向沿着第一转动副和第二转动副的转动轴线的公垂线方向；第一支链第一转动副(a1)与第三支链第一转动副(a3)平行，第一支链第三转动副(d1)与第三支链第三转动副(d3)的转动轴线共线。
5.根据权利要求1所述的一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，其特征在于：第二支链及第四支链均为型支链，每个支链均包括第一转动副、复合铰链、第一移动副、第二转动副、第二移动副、第三转动副，以及第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆；所述第一连杆的顶端通过第一转动副与动平台(6)的一端相连，第二连杆的顶端和第四连杆的顶端通过复合铰链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，第五连杆的顶端通过第二移动副与第四连杆的底端相连，第三连杆的底端通过第二转动副与定平台(7)的一端相连，第五连杆的底端通过第三转动副与定平台(7)的铰链支座相连。
6.根据权利要求5所述的一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，其特征在于：每个支链中，第一转动副的转动轴线垂直于复合铰链、第二转动副、第三转动副的转动轴线，复合铰链、第二转动副、第三转动副的转动轴线相互平行，第一移动副方向沿着复合铰链轴线和第二转动副的转动轴线的公垂线方向,第二移动副方向沿着复合铰链轴线和第三转动副的转动轴线的公垂线方向；第二支链第一转动副(a2)与第四支链第一转动副(a4)共轴；第四支链第二转动副(d4)与第二支链第二转动副(d2)平行。
7.根据权利要求1所述的一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，其特征在于：每个支链或RPRR支链中，第一支链第一转动副(a1)的轴线平行于第二支链第一转动副(a2)的轴线，第三支链第一转动副(a3)平行于第四支链第一转动副(a4)的轴线；第一支链第二转动副(c1)的轴线平行于第二支链第一转动副(a2)的轴线，第三支链第二转动副(c3)平行于第四支链第一转动副(a4)的轴线。
8.根据权利要求1所述的一种非共面二维转动一维移动冗余驱动并联机构，其特征在于：每个支链或RPRR支链中的移动副均为驱动副；所述驱动副均采用电缸直线驱动。
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