CN110666779A - 一种六模式驱动变胞并联机构 - Google Patents

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刘宏昭
胡旭宇
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics

Abstract

本发明公开了一种六模式驱动变胞并联机构，通过三条SPS支链和一条SdmPU变胞支链连接动平台b和定平台，SdmPU变胞支链由解耦驱动变胞球铰Sdm与P副和U副串联而成，解耦驱动变胞球铰Sdm由三条支链连接定平台、动平台b，每条支链由轴线交于一点的三个转动副连接两条圆弧杆构成，且相邻两转动副轴线正交；位于定平台的三个驱动副轴线两两正交；当三条SPS支链的驱动副P都开启时，通过关闭与开启解耦驱动变胞球铰Sdm的驱动副，可实现3‑SPS/SdmPU驱动变胞并联机构的变胞。

Description

一种六模式驱动变胞并联机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种六模式驱动变胞并联机构。
背景技术
变胞并联机构由于具有随任务变化而变自由度、变拓扑结构的特点和高承载能力、高精度等的优点，使其成为机构学与机器人学领域研究热点之一。学者们通过研究机构的支链奇异和运动副锁死与开启实现变胞。但是现有文献中关于驱动变胞并联机构的研究较少，特别是缺乏关于多模式的驱动变胞并联机构的相关研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种六模式驱动变胞并联机构，即三构态六模式的驱动变胞并联机构，可以实现2R1T、2R2T、3R1T、2R3T、3R2T和3R3T六种运动模式的三构态驱动变胞并联机构3-SPS/SdmPU，具有变胞方式简便、易行的特点。
本发明所采用的技术方案是，一种六模式驱动变胞并联机构，通过三条SPS支链和一条SdmPU变胞支链连接动平台b和定平台，SdmPU变胞支链由解耦驱动变胞球铰Sdm与P副和U副串联而成，解耦驱动变胞球铰Sdm由三条支链连接定平台、动平台b，每条支链由轴线交于一点的三个转动副连接两条圆弧杆构成，且相邻两转动副轴线正交，位于定平台的三个驱动副轴线两两正交。
本发明的特点还在于：
当三条SPS支链的驱动副P都开启时，通过关闭与开启解耦驱动变胞球铰Sdm的驱动副，可实现3-SPS/SdmPU驱动变胞并联机构的变胞。
当解耦驱动变胞球铰Sdm没有个驱动开启时，动平台b具有2R1T自由度。
当解耦驱动变胞球铰Sdm只有一个驱动开启时，动平台b具有2R2T或者3R1T自由度。
当解耦驱动变胞球铰Sdm只开启两个驱动时，动平台b具有2R3T或3R2T自由度。
当解耦驱动变胞球铰Sdm同时开启三个驱动时，动平台b具有3R3T自由度。
本发明的有益效果是：
现有能够实现变胞并联的机构大部分都是通过机构的奇异位形或者支链奇异实现变胞，有时还需要在原理机架的位置安装可锁装置，且变胞时驱动电机没有固定在定平台上，使得运动中不稳定。而本发明提出的3-SPS/SdmPU驱动变胞并联机构，通过开启与锁死全部位于定平台上的驱动副，可以实现2R1T、2R2T、3R1T、2R3T、3R2T和3R3T六种运动模式，即两转动一移动、两转动两移动、三转动一移动、两转动三移动、三转动两移动和三转动三移动的六种运动模式，且变胞支链SdmPU中的变胞球铰Sdm具有雅克比矩阵的下三角阵的解耦性，使得变胞球铰Sdm简便易行，3-SPS/SdmPU驱动变胞并联机构精度高，承载能力大，不会产生支链奇异，变胞方式简单便捷。
附图说明
图1为解耦驱动变胞球铰构初始位置的结构示意图；
图2为SdmPU驱动变胞支链初始位置的结构示意图；
图3为SdmPU驱动变胞支链构态一的结构示意图；
图4为SdmPU驱动变胞支链态二的结构示意图；
图5为SdmPU驱动变胞支链态三的结构示意图；
图6为本发明一种六模式驱动变胞并联机构的结构示意图。
图中，1.定平台，2.动平台a，3.驱动副座，4.支链RRR，5.驱动副，6.第一连杆，7.第二连杆，8.动平台b，9.SdmPU变胞支链(U为虎克铰)，10.SPS支链(S为球铰)，驱动副为R1、R4、R7，转动副为R2、R3、R5、R6、R8、R9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种六模式驱动变胞并联机构，如图6所示，通过三条SPS支链10和一条SdmPU变胞支链9连接动平台b 8和定平台1，如图2所示，SdmPU变胞支链9由解耦驱动变胞球铰Sdm与P副和U副串联而成，解耦驱动变胞球铰Sdm三条支链连接定平台1、动平台b 8，每条支链由轴线交于一点的三个转动副连接两条圆弧杆构成，且相邻两转动副轴线正交，位于定平台1的三个驱动副轴线两两正交；
当三条SPS支链10的驱动副P都开启时，通过关闭与开启解耦驱动变胞球铰Sdm的驱动副，可实现3-SPS/SdmPU驱动变胞并联机构的变胞。
解耦驱动变胞转动机构中的驱动副为R1，R4，R7，通过驱动副座3固定在定平台1上；转动副R3，转动副R6，转动副R9与动平台2相连；运动副初始位置要求：R1，R6，R8轴线平行，R2，R4，R9轴线平行，R3，R5，R7轴线平行，三组平行轴线两两垂直且运动过程中均通过O点；驱动副R7和转动副R8通过第一连杆6连接，转动副R8与转动副R9通过第二连杆7连接。
当三条SPS支链的驱动副P都开启时，通过关闭与开启解耦驱动变胞球铰Sdm的驱动副，可实现3-SPS/SdmPU驱动变胞并联机构的变胞：
如图6所示，当变胞球铰Sm无驱动，处于0自由度时，3-SPS/SdmPU变胞并联机构具有绕Y和X轴转动和沿Z轴移动的3个自由度；
如图3所示，当只驱动R1，锁死R4和R7时，变胞球铰Sm只具有绕X轴转动自由度，3-SPS/SmPU变胞并联机构具有绕Y和X轴转动和沿Z和X轴移动的4个自由度；
当只驱动R4，锁死R1和R7时，变胞球铰(Sm)只具有绕Y轴转动自由度，3-SPS/SmPU变胞并联机构具有绕Y和X轴转动和沿Z和Y轴移动的4个自由度；
当只驱动R7，锁死R1和R4时，变胞球铰Sm只具有绕Z轴转动时，3-SPS/SmPU变胞并联机构具有绕Y、X和Z轴转动和沿Z轴移动的4个自由度；
如图4所示，当驱动R1和R4，锁死R7时，变胞球铰Sm具有绕Y和X轴转动时，3-SPS/SmPU变胞并联机构具有绕Y和X轴转动和沿Z、X和Y轴移动的5个自由度；
当驱动R7和R1(或R4)，锁死R4(或R1)时，变胞球铰Sm具有绕Z和X(或Y)轴转动时，3-SPS/SmPU变胞并联机构具有绕X、Y和Z轴转动和沿Z和Y(或X)轴移动的5个自由度；
如图5所示，当同时驱动R1、R4和R7时，变胞球铰Sm具有三维转动自由度，3-SPS/SmPU变胞并联机构具有6个自由度。即3-SPS/SmPU变胞并联机构具有六种运动模式。
因3-SPS/SmPU变胞并联机构通过开启与锁死安装在定平台的驱动副实现机构变胞，因此所述变胞并联机构具有良好的动态特性，变胞过程方便快捷，且可有效避免变胞过程中支链奇异和约束奇异的优点。
运动副包括转动副、移动副、球铰、虎克铰等。一般情况下，驱动副既可以是转动副也可以是移动副。本发明中，转动副R1、R4、R7和移动副P12、P22、P32为机构运动施加了驱动，因此叫驱动副。

Claims (6)

1.一种六模式驱动变胞并联机构，其特征在于，通过三条SPS支链(10)和一条SdmPU变胞支链(9)连接动平台b(8)和定平台(1)，所述SdmPU变胞支链(9)由解耦驱动变胞球铰Sdm与P副和U副串联而成，所述解耦驱动变胞球铰Sdm由三条支链连接定平台(1)、动平台b(8)，每条支链由轴线交于一点的三个转动副连接两条圆弧杆构成，且相邻两转动副轴线正交，位于定平台(1)的三个驱动副轴线两两正交。
2.如权利要求1所述的一种六模式驱动变胞并联机构，其特征在于，当三条SPS支链(10)的驱动副P都开启时，通过关闭与开启解耦驱动变胞球铰Sdm的驱动副，可实现3-SPS/SdmPU驱动变胞并联机构的变胞。
3.如权利要求2所述的一种六模式驱动变胞并联机构，其特征在于，当解耦驱动变胞球铰Sdm没有个驱动开启时，动平台b(8)具有2R1T自由度。
4.如权利要求2所述的一种六模式驱动变胞并联机构，其特征在于，当解耦驱动变胞球铰Sdm只有一个驱动开启时，动平台b(8)具有2R2T或者3R1T自由度。
5.如权利要求2所述的一种六模式驱动变胞并联机构，其特征在于，当解耦驱动变胞球铰Sdm只开启两个驱动时，动平台b(8)具有2R3T或3R2T自由度。
6.如权利要求2所述的一种六模式驱动变胞并联机构，其特征在于，当解耦驱动变胞球铰Sdm同时开启三个驱动时，动平台b(8)具有3R3T自由度。
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