CN110450137A - 一种部分解耦的二自由度转动并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种部分解耦的二自由度转动并联机构，包括动平台、静平台和分别固连在动平台和静平台之间的第一主支链和第二主支链，其中第一主支链包括第一转动副、第二转动副、第一移动副、圆柱副和连接它们的第一连杆，第一滑块，第三滑杆和U形支架；第二主支链包括第一分支链、第二分支链和第三分支链；第一分支链和第二分支链结构相同且关于第三分支链对称，均包含第四转动副，第五转动副，第二移动副以及连接它们的第二连杆，第二滑块；第三分支链包括球副和连接其的第四连杆；本发明精度高,刚度高,体积比小，误差小,动平台的转动部分解耦，具有良好的运动学性能和较高的灵活性，可广泛应用于机器人、航空航天、医学、数控机床等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别涉及一种二自由度并联机构。
背景技术
并联机器人机构为空间多自由度多环闭链形式。自上世纪八十年代以来,并联机构因其具有刚度高、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点而在虚拟轴机床、微动操作台、运动模拟器以及多维力传感器等行业领域获得广泛应用。并联机构具有2、3、4、5或6个自由度,目前,对6个自由度并联机构的研究较为全面和深入,但是自由度越多,则制造和控制的成本也相对较高,并且不易控制,制造与安装过程复杂。因而,并联机构自由度的减少将使得机构结构更为简单,制造和控制成本也相对较低,故在满足预期工作要求的情况下,少自由度并联机器人有其独特的优势。
解耦是现今机构学界的热点之一,如果机构的运动能实现解耦,则其工作空间将扩大,并且控制容易,可以达到更高的运动精度,对机构的运动控制和轨迹规划都有一定意义。目前所发明的解耦机构中,两自由度转动解耦并联机构数量有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种部分解耦的二自由度转动并联机构,这种并联机构刚度高、体积比小、精度高、误差小,可实现动平台的转动部分解耦。
本发明采用的技术方案是：
一种部分解耦的二自由度转动并联机构，包括动平台、静平台和分别固连在动平台和静平台之间的第一主支链和第二主支链，所述的静平台为T形，所述的静平台包括彼此垂直设置的第一滑杆和第二滑杆，在所述的动平台中间开有通槽，在所述的通槽内安装有转动平台，所述的转动平台的左右两侧分别通过第三转动副与动平台转动连接，在所述的转动平台的左右两侧分别开有一个安装通槽，在每一个所述的安装通槽内分别安装有一个第五转动副，所述的第五转动副的转轴分别与对应设置的安装通槽的前后侧壁转动相连；
所述的第一主支链包括第一连杆，所述的第一连杆的一端与第二转动副的支座固定相连，一根连接杆的两端分别与所述的第二转动副的转轴以及动平台的前壁中间固定连接，所述的第一连杆的另一端通过圆柱副与水平设置的第三滑杆转动和移动连接，第一滑块与第一转动副的支座固定相连，所述的第三滑杆的左右两端与U形支架的左右竖直侧壁固定相连，所述的第一转动副的转轴与U形支架的底壁中间固定连接，所述的第一滑块与静平台的第一滑杆彼此滑动连接构成第一移动副；
所述的第二主支链包括第一分支链、第二分支链和第三分支链；
所述的第三分支链包括第四连杆，所述的第四连杆的一端与第二滑杆的中间固定相连并且另一端与转动平台中间通过球副转动连接；
所述的第一分支链和第二分支链结构相同且关于第三分支链对称，所述的第一分支链和第二分支链均包括第二连杆，所述的第二连杆的上端与相应侧的第五转动副的转轴固定相连并且下端通过第四转动副与第二滑块转动连接，所述的第二滑块与静平台的第二滑杆的一端彼此滑动连接构成第二移动副，所述的第一分支链和第二分支链的两个第二连杆以及两个第二滑块分别设置在第四连杆的左右两侧；
在所述的第一主支链中，所述的第一移动副的移动方向与所述的第一转动副转动轴线保持平行，且与所述的圆柱副的转动轴线保持垂直，所述的圆柱副的转动轴线与所述的第二转动副的转动轴线保持平行；
在所述的第二主支链中，第三转动副的转动方向与所述的第一主支链的第二转动副的转动轴线保持平行，且与所述的第一分支链中的第五转动副的转动轴线和第二分支链中的第五转动副的转动轴线保持垂直；
在所述的第一分支链中，右侧的所述的第二移动副的移动方向与第四转动副的转动轴线保持垂直，所述的第四转动副的转动轴线与第五转动副的转动轴线保持平行；
在所述的第二分支链中，左侧的所述的第二移动副的移动方向与第四转动副的转动轴线保持垂直，左侧的所述的第四转动副的转动轴线与左侧的第五转动副的转动轴线保持平行。
本发明的有益效果是：
1.该机构有两个自由度,动平台可实现两个方向的转动,且有一个转动方向运动部分解耦；
2.机构由两个主运动分支构成,刚度高,体积比小；
3.机构的运动学正反解较简单,具有良好的运动学性能和较高的灵活性,精度高,误差小,可广泛应用于机器人、航空航天、医学、数控机床等领域。
附图说明
图1是本发明的一种部分解耦的二自由度转动并联机构的结构示意图；
图2是图1所示的机构的结构示意图；
图3是图1所示的机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。下述具体实施方式是本发明的一种优选技术方案，而不应理解为对本发明的限制条件。
如图1，图2与图3所示，本发明的一种部分解耦的二自由度转动并联机构，包括动平台6、静平台1和分别固连在动平台6和静平台1之间的第一主支链2和第二主支链，所述的静平台1为T形，所述的静平台包括彼此垂直设置的第一滑杆21和第二滑杆22。在所述的动平台6中间开有通槽，在所述的通槽内安装有转动平台14，所述的转动平台14的左右两侧分别通过第三转动副15与动平台6转动连接，在所述的转动平台14的左右两侧分别开有一个安装通槽，在每一个所述的安装通槽内分别安装有一个第五转动副20，所述的第五转动副20的转轴分别与对应设置的安装通槽的前后侧壁转动相连。
所述的第一主支链2包括第一连杆12，所述的第一连杆12的一端与第二转动副13的支座固定相连，一根连接杆的两端分别与所述的第二转动副13的转轴以及动平台6的前壁中间固定连接，所述的第一连杆12的另一端通过圆柱副11与水平设置的第三滑杆10转动和移动连接，第一滑块8与第一转动副9的支座固定相连，所述的第三滑杆10的左右两端与U形支架23的左右竖直侧壁固定相连，所述的第一转动副9的转轴与U形支架23的底壁中间固定连接。所述的第一滑块8与静平台1的第一滑杆21彼此滑动连接构成第一移动副。
所述的第二主支链包括第一分支链3、第二分支链4和第三分支链5。
所述的第三分支链5包括第四连杆16，所述的第四连杆16的一端与第二滑杆22的中间固定相连并且另一端与转动平台14中间通过球副7转动连接。
所述的第一分支链3和第二分支链4结构相同且关于第三分支链5对称，所述的第一分支链3和第二分支链4均包括第二连杆19，所述的第二连杆19的上端与相应侧的第五转动副20的转轴固定相连并且下端通过第四转动副18与第二滑块17转动连接，所述的第二滑块17与静平台1的第二滑杆22的一端彼此滑动连接构成第二移动副。所述的第一分支链3和第二分支链4的两个第二连杆19以及两个第二滑块17分别设置在第四连杆16的左右两侧。
在所述的第一主支链2中，所述的第一移动副的移动方向P1与所述的第一转动副9转动轴线R1保持平行，且与所述的圆柱副11的转动轴线C保持垂直，所述的圆柱副11的转动轴线与所述的第二转动副13的转动轴线R2保持平行。
在所述的第二主支链中，第三转动副15的转动方向R3与所述的第一主支链2的第二转动副13的转动轴线R2保持平行，且与所述的第一分支链3中的第五转动副20的转动轴线R5和第二分支链4中的第五转动副20的转动轴线R7保持垂直。
在所述的第一分支链3中，右侧的所述的第二移动副的移动方向P2与第四转动副18的转动轴线R4保持垂直，所述的第四转动副18的转动轴线R4与第五转动副20的转动轴线R5保持平行。
在所述的第二分支链4中，左侧的所述的第二移动副的移动方向P3与第四转动副18的转动轴线R6保持垂直，左侧的所述的第四转动副18的转动轴线R6与左侧的第五转动副20的转动轴线R7保持平行。所述的第一分支链3与第二分支链4结构对称，第一支分支链3为主动支链，第二分支链4为被动支链。
本实施例中,由所述的第一主支链2和所述的第二主支链4牵引所述的动平台6作两个方向转动运动的运行原理如下：
所述的动平台6在沿着过球副7中心且平行第一移动副的移动方向P1的转动轴线R8转动时，需要第一分支链3的第二移动副输入动力驱动，此时动平台6的转动运动与所述的第二移动副有关，此时所述的动平台6的运动状态解耦。
所述的动平台6在沿着所述的第二主支链的第三转动副15所在的转动轴线R3转动时，需要同时给予所述的第一主支链2的第一移动副和所述的第一分支链3的第二移动副输入动力驱动，此时动平台6的转动运动与所述的第一移动副和所述的第二移动副都有关，此时所述的动平台6的运动状态不解耦。
以上内容介绍了本发明的优选实施方式，本发明并不局限于上述的具体实施方式，在本发明的启示下，不脱离本发明宗旨的情况下，做出的变化和改进都属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种部分解耦的二自由度转动并联机构，包括动平台(6)、静平台(1)和分别固连在动平台(6)和静平台(1)之间的第一主支链(2)和第二主支链，其特征在于：所述的静平台为T形，所述的静平台包括彼此垂直设置的第一滑杆(21)和第二滑杆(22)，在所述的动平台(6)中间开有通槽，在所述的通槽内安装有转动平台(14)，所述的转动平台的左右两侧分别通过第三转动副(15)与动平台(6)转动连接，在所述的转动平台的左右两侧分别开有一个安装通槽，在每一个所述的安装通槽内分别安装有一个第五转动副(20)，所述的第五转动副的转轴分别与对应设置的安装通槽的前后侧壁转动相连；
所述的第一主支链(2)包括第一连杆(12)，所述的第一连杆的一端与第二转动副(13)的支座固定相连，一根连接杆的两端分别与所述的第二转动副(13)的转轴以及动平台(6)的前壁中间固定连接，所述的第一连杆的另一端通过圆柱副(11)与水平设置的第三滑杆(10)转动和移动连接，第一滑块(8)与第一转动副(9)的支座固定相连，所述的第三滑杆的左右两端与U形支架(23)的左右竖直侧壁固定相连，所述的第一转动副(9)的转轴与U形支架(23)的底壁中间固定连接，所述的第一滑块(8)与静平台(1)的第一滑杆(21)彼此滑动连接构成第一移动副；
所述的第二主支链包括第一分支链(3)、第二分支链(4)和第三分支链(5)；
所述的第三分支链(5)包括第四连杆(16)，所述的第四连杆的一端与第二滑杆(22)的中间固定相连并且另一端与转动平台(14)中间通过球副(7)转动连接；
所述的第一分支链(3)和第二分支链(4)结构相同且关于第三分支链(5)对称，所述的第一分支链(3)和第二分支链(4)均包括第二连杆(19)，所述的第二连杆的上端与相应侧的第五转动副(20)的转轴固定相连并且下端通过第四转动副(18)与第二滑块(17)转动连接，所述的第二滑块(17)与静平台(1)的第二滑杆(22)的一端彼此滑动连接构成第二移动副，所述的第一分支链(3)和第二分支链(4)的两个第二连杆(19)以及两个第二滑块(17)分别设置在第四连杆(16)的左右两侧；
在所述的第一主支链(2)中，所述的第一移动副的移动方向与所述的第一转动副(9)转动轴线保持平行，且与所述的圆柱副(11)的转动轴线保持垂直，所述的圆柱副的转动轴线与所述的第二转动副(13)的转动轴线保持平行；
在所述的第二主支链中，第三转动副(15)的转动方向与所述的第一主支链(2)的第二转动副(13)的转动轴线保持平行，且与所述的第一分支链(3)中的第五转动副(20)的转动轴线和第二分支链(4)中的第五转动副的转动轴线保持垂直；
在所述的第一分支链(3)中，右侧的所述的第二移动副的移动方向与第四转动副的转动轴线保持垂直，所述的第四转动副(18)的转动轴线与第五转动副(20)的转动轴线保持平行；
在所述的第二分支链(4)中，左侧的所述的第二移动副的移动方向与第四转动副的转动轴线保持垂直，左侧的所述的第四转动副(18)的转动轴线与左侧的第五转动副(20)的转动轴线保持平行。
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