CN111015636B - 六自由度可展并联机构 - Google Patents

六自由度可展并联机构 Download PDF

Info

Publication number
CN111015636B
CN111015636B CN202010027755.6A CN202010027755A CN111015636B CN 111015636 B CN111015636 B CN 111015636B CN 202010027755 A CN202010027755 A CN 202010027755A CN 111015636 B CN111015636 B CN 111015636B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pair
rotation axis
rod
freedom
platform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010027755.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111015636A (zh
Inventor
杨富富
卢帅龙
陈昆精
张俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN202010027755.6A priority Critical patent/CN111015636B/zh
Publication of CN111015636A publication Critical patent/CN111015636A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111015636B publication Critical patent/CN111015636B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B25J9/0072—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics of the hybrid type, i.e. having different kinematics chains

Abstract

本发明涉及一种六自由度可展并联机构，包括具有三个连接顶点的多边形静平台以及位于静平台上方或下方具有三个连接顶点的多边形动平台，动平台的每个连接顶点通过球副连接有长度固定的固定杆和长度可变的伸缩杆，动平台上每个连接顶点的伸缩杆和固定杆分别通过球副与另外两个连接顶点上的固定杆和伸缩杆相连接以形成三组由伸缩杆和固定杆连接而成的支链；三组支链分别通过连杆与静平台上的三个连接顶点对应连接；连杆一端连接于支链的伸缩杆和固定杆之间的球副上，另一端通过转动副与静平台的连接顶点相连接。本发明具有可展性能，在折叠状态时体积较小，便于运输以及存放，展开时具有6个自由度，便于机构进行工作，整个结构构造简单，灵活多变。

Description

六自由度可展并联机构
技术领域
本发明涉及一种六自由度可展并联机构。
背景技术
并联机构相比于串联机构，具有高刚度，高精度，承载能力强等诸多的优点，在工业机床，3D打印，航空航天领域都有很大的应用市场，一定程度上弥补了串联机构在工业应用上的不足，得到了业界诸多的关注以及研究，而具有六自由度的并联机构也成为并联机构领域研究的一大热点，著名的Stewart并联机构已经得到了广泛的应用。
空间可折展结构是随着航天科技的发展而诞生的一种新型结构，它在发射过程中处于折叠收纳状态，体积最小；入轨后，可折展结构可按设计展开成较大的运行工作状态；返回或回收时，该结构可再次折叠收拢进入飞船。
虽然并联机构以及可展机构都发展的相对成熟，但是具有可展性能的并联机构现在却很少人研究以及关注，这种具有可展性的并联机构可以工作在特殊的场合，当它在运输以及需要自我保护时处于折叠状态，当它处于工作状态时，处于展开状态，并且具有六个自由度的运动能力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构简单，具有可展性能，灵活多变的六自由度可展并联机构。
本发明采用以下方案实现：一种六自由度可展并联机构，包括具有三个连接顶点的多边形静平台以及位于静平台上方或下方具有三个连接顶点的多边形动平台，所述动平台的每个连接顶点通过球副连接有长度固定的固定杆和长度可变的伸缩杆，动平台上每个连接顶点的伸缩杆和固定杆分别通过球副与另外两个连接顶点上的固定杆和伸缩杆相连接以形成三组由伸缩杆和固定杆连接而成的支链；三组支链分别通过连杆与静平台上的三个连接顶点对应连接；连杆一端连接于支链的伸缩杆和固定杆之间的球副上，另一端通过转动副与静平台的连接顶点相连接。
进一步的，所述伸缩杆由至少两段杆件通过移动副连接而成。
进一步的，所述动平台上的三个连接顶点呈三角形分布，静平台上的三个连接顶点也呈三角形分布。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明六自由度可展并联机构具有6个自由度的运动能力，并且整个机构在特殊的尺寸的时候具有可展性能，在折叠状态时机构体积较小，便于运输以及存放，展开时具有灵活的6个自由度，便于机构进行工作，整个结构构造简单，灵活多变，在航空航天，土木工程中具有重要意义和广泛的应用前景。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例构造立体图；
图2是本发明实施例中第一共球心球副的轴线示意图；
图3是本发明实施例中第二共球心球副的轴线示意图；
图4是本发明实施例中第三共球心球副的轴线示意图；
图5是本发明实施例中第四共球心球副的轴线示意图；
图6是本发明实施例中第五共球心球副的轴线示意图；
图7是本发明实施例中第六共球心球副的轴线示意图；
图8是本发明实施例中第一移动副的轴线和第四共球心球副的轴线示意图；
图9是本发明实施例中第二移动副的轴线和第五共球心球副的轴线示意图；
图10是本发明实施例中第三移动副的轴线和第六共球心球副的轴线示意图；
图11是本发明实施例中静平台结构示意图；
图12是本发明实施例中动平台结构示意图；
图13是本发明实施例中第一连杆结构示意图；
图14是本发明实施例中第一固定杆结构示意图；
图15是本发明实施例中第一伸缩杆结构示意图；
图16是本发明实施例折叠过程示意图；
图17是本发明实施例完全折叠状态的结构示意图；
图中标号说明：Z1-第一连杆、Z2-第二连杆、Z3-第三连杆、F1-第一固定杆、F2-第一伸缩杆、F3-第二固定杆、F4-第二伸缩杆、F5-第三固定杆、F6-第三伸缩杆、P1-第一移动副、P2-第二移动副、P3-第三移动副、RA-第一转动副、RB-第二转动副、RC-第三转动副、R1-第一转动副的转动轴线、R2-第二转动副的转动轴线、R3-第三转动副的转动轴线、S1-第一共球心球副、S2-第二共球心球副、S3-第三共球心球副、S4-第四共球心球副、S5-第五共球心球副、S6-第六共球心球副。
具体实施方式
如图1~17所示，一种六自由度可展并联机构，包括具有三个连接顶点的多边形静平台以及位于静平台上方或下方具有三个连接顶点的多边形动平台，所述动平台的每个连接顶点通过球副连接有长度固定的固定杆和长度可变的伸缩杆，动平台上每个连接顶点的伸缩杆和固定杆分别通过球副与另外两个连接顶点上的固定杆和伸缩杆相连接以形成三组由伸缩杆和固定杆连接而成的支链；三组支链分别通过连杆与静平台上的三个连接顶点对应连接；连杆一端连接于支链的伸缩杆和固定杆之间的球副上，另一端通过转动副与静平台的连接顶点相连接。
本发明六自由度可展并联机构，由3个固定杆，3个连杆、3个伸缩杆、1个动平台以及1个静平台通过移动副或者转动副或球副相连接，具有6个自由度的运动能力，并且整个机构在特殊的尺寸的时候具有可展性能，在折叠状态时机构体积较小，便于运输以及存放，展开时具有灵活的6个自由度，便于机构进行工作。整个结构构造简单，灵活多变，在航空航天，土木工程中具有重要意义和广泛的应用前景。
动平台的第一连接顶点通过第四共球心球副S4连接有第二固定杆F3和第一伸缩杆F2，动平台的第二连接顶点通过第五共球心球副S5连接有第三固定杆F5和第二伸缩杆F4，动平台的第三连接顶点通过第六共球心球副S6连接有第一固定杆F1和第三伸缩杆F6；第一固定杆F1和第一伸缩杆F2通过第一共球心球副S1连接形成第一组支链，第二固定杆F3和第二伸缩杆F4通过第二共球心球副S2连接形成第二组支链，第三固定杆F5和第三伸缩杆F6通过第三共球心球副S3连接形成第三组支链，其中共球心球副即为复合球副。
第一组支链、第二组支链和第三组支链分别通过第一连杆Z1、第二连杆Z2和第三连杆Z3与静平台的第一连接顶点、第二连接顶点和第三连接顶点相连接；第一连杆Z1的一端连接于第一共球心球副S1上，另一端通过第一转动副RA与静平台的第一连接顶点相连接，第二连杆Z2的一端连接于第二共球心球副S2上，另一端通过第二转动副RB与静平台的第二连接顶点相连接，第三连杆Z3的一端连接于第三共球心球副S3上，另一端通过第三转动副RC与静平台的第三连接顶点相连接。
在本实施例中，所述伸缩杆由至少两段杆件通过移动副连接而成。
在本实施例中，所述动平台上的三个连接顶点呈三角形分布，优选等边三角形，静平台上的三个连接顶点也呈三角形分布，优选等边三角形，三组支链中的固定杆长度相同，连接三组支链和静平台上三个连接顶点的三根连杆均为曲杆并且长度相同；如图1所示角度A和角度B以及角度C均为100度。
图2~10中，S11，S12，S13 ,S31，S32，S33是第一共球心球副的六个相交于球心的转动轴线，转动轴线S11，转动轴线S12，转动轴线S13相互垂直，转动轴线S31，转动轴线S32，转动轴线S33相互垂直，转动轴线S12和转动轴线S32相重合，转动轴线S13与转动轴线S33相重合。
S51，S52，S53，S71，S72，S73是第二共球心球副的六个相交于球心的转动轴线，转动轴线S51，转动轴线S52，转动轴线S53相互垂直，转动轴线S71，转动轴线S72，转动轴线S73相互垂直，转动轴线S52和转动轴线S72相重合，转动轴线S53与转动轴线S73相重合。
S91，S92，S93，S111，S112，S113是第三共球心球副的六个相交于球心的转动轴线，转动轴线S91，转动轴线S92，转动轴线S93相互垂直，转动轴线S111，转动轴线S112，转动轴线S113相互垂直，转动轴线S92和转动轴线S112相重合，转动轴线S93与转动轴线S113相重合。
S41，S42，S43，S61，S62，S63是第四共球心球副的六个相交于球心的转动轴线，转动轴线S41，转动轴线S42，转动轴线S43相互垂直，转动轴线S61，转动轴线S62，转动轴线S63相互垂直，转动轴线S42和转动轴线S62相重合，转动轴线S43与转动轴线S63相重合。
S81，S82，S83，S101，S102，S103是第五共球心球副的六个相交于球心的转动轴线，转动轴线S81，转动轴线S82，转动轴线S83相互垂直，转动轴线S101，转动轴线S102，转动轴线S103相互垂直，转动轴线S82和转动轴线S102相重合，转动轴线S83与转动轴线S103相重合。
S21，S22，S23，S121，S122，S123是第六共球心球副的六个相交于球心的转动轴线，转动轴线S21，转动轴线S22，转动轴线S23相互垂直，转动轴线S121，转动轴线S122，转动轴线S123相互垂直，转动轴线S22和转动轴线S122相重合，转动轴线S23与转动轴线S123相重合。
第四共球心球副S4中的转动轴线S43，转动轴线S63，第五共球心球副S5中的转动轴线S83，转动轴线S103，第六共球心球副S6中的转动轴线S23，转动轴线S123相交于动平台的中心，并且处于同一平面。
第一共球心球副S1中的转动轴线S31，第四共球心球(S4中的转动轴线S41，以及第一移动副P1的轴线重合。第一共球心球副S1中的转动轴线S11和第六共球心球副S6中的转动轴线S21重合。第三共球心球副S3中的转动轴线S111和第三移动副P3的轴线以及第六共球心球副S6中的转动轴线S121重合。第三共球心球副S3中的转动轴线S91和第五共球心球副S5中的转动轴线S101相重合。第二共球心球副S2中的转动轴线S71和第二移动副P2的轴线以及第五共球心球副S5中的转动轴线S81相重合。第二共球心的球副S2中的转动轴线S51和第四共球心球副S4中的转动轴线S61相重合。
第一转动副RA的转动轴线R1和第二转动副RB的转动轴线R2以及第三转动副RC的转动轴线R3处于同一平面。
图9示出了可展并联机构的折叠过程，第一连杆Z1、第二连杆Z2和第三连杆Z3逐渐转动靠向静平台直至平行，同时第一伸缩杆F2、第二伸缩杆F4和第三伸缩杆F6的杆长缩至最短，整个机构的静平台和动平台逐渐靠近，最终完成折叠状态。
在本实施例中，所述第一移动副P1、第二移动副P2以及第三移动副P3可以采用丝杠螺母机构，也可以采用由直线电机、液压、气压推杆等驱动的直线运动机构，所述第一转动副RA、第二转动副RB以及第三转动副RC副可以采用销轴与轴承进行铰接，所述共球心球副采用球轴承或是三轴复合式转动关节，但不局限于此。
本发明的目的在于克服已有机构的不足，提供一种具有可展性能的六自由度可展并联机构，该结构具有可折展能力，折叠时体积较小便于发射或运输，展开时具有六个自由度的工作能力；整个结构由于是并联机构，具有高刚度，高精度，承载能力强，运动性能好，生产加工简单，运动控制方便，高可靠性等优点，在航空航天、土木工程等众多领域中具有重要意义和广泛的应用前景。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (3)

1.一种六自由度可展并联机构，其特征在于：包括具有三个连接顶点的多边形静平台以及位于静平台上方或下方具有三个连接顶点的多边形动平台，所述动平台的每个连接顶点通过球副连接有长度固定的固定杆和长度可变的伸缩杆，动平台上每个连接顶点的伸缩杆和固定杆分别通过球副与另外两个连接顶点上的固定杆和伸缩杆相连接以形成三组由伸缩杆和固定杆连接而成的支链；三组支链分别通过连杆与静平台上的三个连接顶点对应连接；连杆一端连接于支链的伸缩杆和固定杆之间的球副上，另一端通过转动副与静平台的连接顶点相连接。
2.根据权利要求1所述的六自由度可展并联机构，其特征在于：所述伸缩杆由至少两段杆件通过移动副连接而成。
3.根据权利要求1所述的六自由度可展并联机构，其特征在于：所述动平台上的三个连接顶点呈三角形分布，静平台上的三个连接顶点也呈三角形分布。
CN202010027755.6A 2020-01-10 2020-01-10 六自由度可展并联机构 Active CN111015636B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010027755.6A CN111015636B (zh) 2020-01-10 2020-01-10 六自由度可展并联机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010027755.6A CN111015636B (zh) 2020-01-10 2020-01-10 六自由度可展并联机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111015636A CN111015636A (zh) 2020-04-17
CN111015636B true CN111015636B (zh) 2022-08-02

Family

ID=70198859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010027755.6A Active CN111015636B (zh) 2020-01-10 2020-01-10 六自由度可展并联机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111015636B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2080822A1 (en) * 1990-05-01 1991-11-02 Michael W. Griffis Method and apparatus for controlling geometrically simple parallel mechanisms with distinct connections
JPH0911166A (ja) * 1995-06-28 1997-01-14 Aisin Seiki Co Ltd マニピュレータ装置
EP1084802A2 (en) * 1999-09-17 2001-03-21 Toyoda Koki Kabushiki Kaisha Four-degree-of-freedom parallel robot
CN101913544A (zh) * 2010-08-31 2010-12-15 清华大学 三面过约束剪叉式升降机构
CN104400780A (zh) * 2014-11-26 2015-03-11 河北工业大学 一种三支链六自由度并联机构
CN106369022A (zh) * 2016-11-18 2017-02-01 上海交通大学 八面体桁架单元变几何桁架的模块化单元
CN110154089A (zh) * 2018-02-14 2019-08-23 发那科株式会社 机器人的关节的异常检测装置以及异常检测方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6840127B2 (en) * 2003-02-05 2005-01-11 Michael Julius Moran Tendon link mechanism with six degrees of freedom

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2080822A1 (en) * 1990-05-01 1991-11-02 Michael W. Griffis Method and apparatus for controlling geometrically simple parallel mechanisms with distinct connections
JPH0911166A (ja) * 1995-06-28 1997-01-14 Aisin Seiki Co Ltd マニピュレータ装置
EP1084802A2 (en) * 1999-09-17 2001-03-21 Toyoda Koki Kabushiki Kaisha Four-degree-of-freedom parallel robot
CN101913544A (zh) * 2010-08-31 2010-12-15 清华大学 三面过约束剪叉式升降机构
CN104400780A (zh) * 2014-11-26 2015-03-11 河北工业大学 一种三支链六自由度并联机构
CN106369022A (zh) * 2016-11-18 2017-02-01 上海交通大学 八面体桁架单元变几何桁架的模块化单元
CN110154089A (zh) * 2018-02-14 2019-08-23 发那科株式会社 机器人的关节的异常检测装置以及异常检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于4R连杆机构与URU支链并联机构的多模式移动机器人的研究;王洁羽;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 信息科技辑》;20150615(第06期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111015636A (zh) 2020-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107331939B (zh) 剪叉式六棱柱可展单元及其组成的空间可展机构
Wenger et al. Kinematic analysis of a new parallel machine tool: the Orthoglide
Huang et al. Conceptual design and dimensional synthesis for a 3-DOF module of the TriVariant-a novel 5-DOF reconfigurable hybrid robot
CN100532028C (zh) 一种无耦合二移动一转动三自由度空间并联机构
CN108608407B (zh) 一种可折展式多轴联动机器人
CN103433916A (zh) 二自由度等径球面纯滚并联转动机构
CN102626920B (zh) 含两自由度平面子链的无汇交轴对称三维转动并联机构
CN106450647A (zh) 剪叉式六棱柱可展单元及其组成的空间可展机构
Parenti-Castelli et al. Workspace and optimal design of a pure translation parallel manipulator
CN105881509B (zh) 具有单自由度移动的双正四面体叠加对称耦合机构
CN111015636B (zh) 六自由度可展并联机构
CN112454341B (zh) 基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构
CN109940589B (zh) 对称两转一移完全解耦并联机构
CN107914897B (zh) 一种以双气压缸为可展单元的空间折展机构
Liu et al. Design and analysis of a novel space deployable mechanism of ring and frustum type
CN101733753B (zh) 含复合球铰的冗余并联机构
Huang et al. Type synthesis of deployable/foldable articulated mechanisms
CN110589035B (zh) 单自由度四面体可展胞元机构
US11420341B2 (en) Five-degree-of-freedom parallel mechanism and its extended equipment
CN110561392A (zh) 一种具有可重构特性的三平动并联机构
CN103358303B (zh) 一种两转动一移动完全解耦并联机构
CN108548047B (zh) 一种轮式管道机器人转向装置
CN112003558A (zh) 具有四边形构件的单自由度可无限扩展可展结构及其应用
Zhang et al. A new metamorphic mechanism with ability for platform orientation switch and mobility change
CN113997272B (zh) 一种空间六自由度减振平台

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant