CN111923025A - 一种具有两个操作模式的三分支并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人技术领域。目的是提出一种具有两个操作模式的三分支并联机构，该机构具有运动速度快、刚度高、负载能力大、动力学性能好、具有多个操作模式等优点。技术方案是：一种具有两个操作模式的三分支并联机构，其特征在于：所述机构包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的一条第一分支和两条第二分支；所述第一分支包括依次连接在机架与动平台之间的第一移动副导轨、第一移动副滑块、第一上虎克铰、第一连杆以及第一下虎克铰；第一上虎克铰的第一转动轴轴线与第一下虎克铰的第一转动轴轴线平行，第一下虎克铰的第二转动轴轴线与第一下虎克铰的第一转动轴轴线垂直；第一移动副轴线垂直于第一上虎克铰的第二转动轴轴线。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体是一种具有两个操作模式的三分支并联机构。
背景技术
并联机构指的是通过两条或两条以上的运动链连接动平台(末端执行器)和定平台(固定机架)形成的一种闭环机构。相比于传统的串联机构，并联机构有着较好的精度、刚度、负载能力、动力学性能等，被越来越多的用于运动模拟、分拣抓取、并联机床等领域。少自由度并联机构，即自由度小于六的并联机构，有着制造成本低、结构简单、控制容易等优点，得到了国内外广大学者深入研究。
随着当今科技的迅速发展，许多现代化生产过程中要求机构具有多功能、多操作模式。现有的三自由度并联机构发明公布专利(如CN111113384A、CN110480604A)，只具备单一的工作模式，无法满足现代生产领域的这些要求。因此，提出一种具有两个操作模式的三分支并联机构很有必要。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提出一种具有两个操作模式的三分支并联机构，该机构具有运动速度快、刚度高、负载能力大、动力学性能好、具有多个操作模式等优点。
本发明提供的技术方案是：
一种具有两个操作模式的三分支并联机构，其特征在于：所述机构包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的一条第一分支和两条第二分支；
所述第一分支包括依次连接在机架与动平台之间的第一移动副导轨、第一移动副滑块、第一上虎克铰、第一连杆以及第一下虎克铰；第一上虎克铰的第一转动轴轴线与第一下虎克铰的第一转动轴轴线平行，第一下虎克铰的第二转动轴轴线与第一下虎克铰的第一转动轴轴线垂直；第一移动副轴线垂直于第一上虎克铰的第二转动轴轴线；
所述第二分支包括依次连接在机架与动平台之间的第二移动副导轨、第二移动副滑块、第二转动副、第二连杆以及第二虎克铰；或者，第二分支包括依次连接在机架和动平台之间的第二移动副导轨、第二移动副滑块、第二转动副、第二连杆以及第二球副；所述第二虎克铰的第一转动轴轴线与第二转动副的转动轴轴线平行；第二移动副轴线垂直于第二转动副的转动轴轴线。
所述两条第二分支对称于第一分支布置；所述两条第二分支中，两个第二转动副的转动轴轴线平行，两个第二虎克铰的第二转动轴轴线共线；所述第一上虎克铰的第二转动轴轴线与第二转动副的转动轴轴线平行；所述两条第二分支中的两条第二移动副轴线与第一分支的第一移动副轴线相互平行。
一种具有两个操作模式的三分支并联机构，其特征在于：所述机构包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的一条第三分支和两条第四分支；
所述第三分支包括依次连接在机架与动平台之间的第三上虎克铰、第三移动副滑套、可滑动地连接在第三移动副滑套上的第三移动副滑杆以及第三下虎克铰；第三上虎克铰的第一转动轴轴线平行于第三下虎克铰的第一转动轴轴线，并且垂直于第三移动副轴线；
所述第四分支包括依次连接在机架与动平台之间的第四转动副、第四移动副滑套、可滑动地连接在第四移动副滑套上的第四移动副滑杆以及第四虎克铰；或者，第四分支包括依次连接在机架和动平台之间的第四转动副、第四移动副滑套、可滑动地连接在第四移动副滑套上的第四移动副滑杆以及第四球副；第四转动副的转动轴轴线平行于第四虎克铰的第一转动轴轴线，并且垂直于第四移动副轴线。
所述两条第四分支对称于第三分支布置；所述两条第四分支中，两个第四转动副的转动轴轴线平行，两个第四虎克铰的第二转动轴轴线共线；第三分支中第三上虎克铰的第二转动轴轴线平行于第四分支中第四转动副的转动轴轴线。
本发明的有益效果是：本发明提出的并联机构具有多个操作模式，运动速度快、刚度高、负载能力大、动力学性能好等优点，可用于要求机构有多功能、多操作模式的生产领域。
附图说明
图1为本发明实施例一的立体结构示意图。
图2为本发明实施例二的立体结构示意图。
图3为本发明实施例三的立体结构示意图。
图4为本发明实施例四的立体结构示意图。
图5为本发明实施例一和实施例二中第一分支的立体结构示意图。
图6为本发明实施例一中第二分支的立体结构示意图。
图7为本发明实施例二中第二分支的立体结构示意图。
图8为本发明实施例三和实施例四中第三分支的立体结构示意图。
图9为本发明实施例三中第四分支的立体结构示意图。
图10为本发明实施例四中第四分支的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例一
如图1、图5、图6所示的具有两个操作模式的三分支并联机构，包括机架(图中省略)、动平台1以及并联连接在机架与动平台之间的一条第一分支和两条第二分支。
所述第一分支包括依次连接在机架与动平台之间的第一移动副导轨11、第一移动副滑块12(即第一移动副导轨和第一移动副滑块配合组成第一移动副)、第一上虎克铰13、第一连杆14以及第一下虎克铰15。
其中，第一移动副导轨与机架固定连接，第一上虎克铰的第一转动轴轴线16(即第一上虎克铰与第一连杆连接的转动轴轴线)与第一下虎克铰的第一转动轴轴线17(即第一下虎克铰与第一连杆连接的转动轴轴线)平行，第一上虎克铰的第二转动轴轴线(即第一上虎克铰与第一移动副滑块连接的转动轴轴线)与第一上虎克铰的第一转动轴轴线垂直，第一下虎克铰的第二转动轴轴线(即第一下虎克铰与动平台连接的转动轴轴线)与第一下虎克铰的第一转动轴轴线垂直。第一移动副轴线垂直于第一上虎克铰的第二转动轴轴线(即第一上虎克铰与第一移动副滑块连接的转动轴轴线)。
所述第二分支包括依次连接在机架和动平台之间的第二移动副导轨21、第二移动副滑块22(第二移动副导轨和第二移动副滑块组成第二移动副)、第二转动副23、第二连杆24以及第二虎克铰25。其中，第二移动副导轨与机架固定连接，第二虎克铰的第一转动轴轴线(即第二虎克铰与第二连杆连接的转动轴轴线)与第二转动副的转动轴轴线平行；第二虎克铰的第二转动轴轴线(即第二虎克铰与动平台连接的转动轴轴线)与第二虎克铰的第一转动轴轴线垂直；第二转动副的转动轴轴线和第二移动副轴线垂直。
两条第二分支对称于第一分支布置。所述两条第二分支中，两个第二转动副的转动轴轴线平行，两个第二虎克铰的第二转动轴轴线共线。第一上虎克铰的第二转动轴轴线与第二转动副的转动轴轴线平行。两条第二分支的第二移动副轴线与第一分支的第一移动副轴线相互平行。
初始位置时，第一上虎克铰的第二转动轴轴线平行于第一下虎克铰的第二转动轴轴线，第一上虎克铰的第一转动轴轴线平行于第二虎克铰的第二转动轴轴线。
本实施例中，驱动副为三条分支上的三个移动副以及第一上虎克铰与第一移动副滑块连接形成的转动副。移动副的驱动方式可选用电机驱动的滚珠丝杠(现有技术，图中省略)，转动副的驱动方式可选用伺服电机(图中省略)。从初始位置开始，通过适当地控制驱动副运动，并联机构能够进入两种三自由度操作模式，分别为两移动一转动操作模式和一移动两转动操作模式。
实施例二
如图2、图5、图7所示的具有两个操作模式的三分支并联机构，包括机架(图中省略)、动平台1以及并联连接在机架与动平台之间的一条第一分支和两条第二分支。实施例二与实施例一具有类似结构，不同之处在于：在实施例二中，第二连杆与动平台通过第二球副26连接。初始位置时，第一上虎克铰的第二转动轴轴线平行于第一下虎克铰的第二转动轴轴线，两条第二分支中两个球副中心的连线平行于第一上虎克铰的第一转动副轴线。
实施例三
如图3、图8、图9所示的具有两个操作模式的三分支并联机构，包括机架(图中省略)、动平台1以及并联连接在机架与动平台之间的一条第三分支和两条第四分支；
所述第三分支包括依次连接在机架与动平台之间的第三上虎克铰33、第三移动副滑套34、可滑动地连接在第三移动副滑套上的第三移动副滑杆35(第三移动副滑套与第三移动副滑杆组成第三移动副)以及第三下虎克铰36。其中，第三上虎克铰的前铰接座31和后铰接座32与机架固定连接，第三上虎克铰的第一转动轴轴线37(即第三上虎克铰与第三移动副滑套连接的转动轴轴线)平行于第三下虎克铰的第一转动轴轴线38(即第三下虎克铰与第三移动副滑杆连接的转动轴轴线)，并且垂直于第三移动副轴线；第三上虎克铰的第二转动轴轴线(即第三上虎克铰与机架连接的转动轴线)垂直于第三上虎克铰的第一转动轴轴线。第三下虎克铰的第二转动轴轴线(即第三下虎克铰与动平台连接的转动轴线)垂直于第三下虎克铰的第一转动轴轴线。
所述第四分支包括依次连接在机架和动平台之间的第四转动副47(由前支撑座41、后支撑座42以及与前支撑座和后支撑座配合的转轴组成)、第四移动副滑套43、可滑动地连接在第四移动副滑套上的第四移动副滑杆44(第四移动副滑套与第四移动副滑杆组成第四移动副)以及第四虎克铰45。其中，第四移动副滑套通过转轴以及前支撑座41和后支撑座42连接在机架上。第四转动副的转动轴轴线平行于第四虎克铰的第一转动轴轴线(即第四虎克铰与第四移动副滑杆连接的转动轴轴线)，并且垂直于第四移动副轴线；第四虎克铰的第二转动轴轴线(即第四虎克铰与动平台连接的转动轴轴线)与第四虎克铰的第一转动轴轴线垂直。
两条第四分支对称于第三分支布置。两条第四分支中，两个第四转动副的转动轴轴线平行，两个第四虎克铰的第二转动轴轴线共线；第三分支中第三上虎克铰的第二转动轴轴线平行于第四分支中第四转动副的转动轴轴线。
初始位置时，第三上虎克铰的第二转动轴轴线平行于第三下虎克铰的第二转动轴轴线，第三上虎克铰的第一转动轴轴线平行于第四虎克铰的第二转动轴轴线。
本实施例中，驱动副为三条分支上的三个移动副以及第三上虎克铰与机架连接形成的转动副。移动副的驱动方式可选用电机驱动的滚珠丝杠(现有技术，图中省略)，转动副的驱动方式可选用伺服电机(图中省略)。从初始位置开始，通过适当地控制驱动副运动，并联机构能够进入两种三自由度操作模式，分别为两移动一转动操作模式和一移动两转动操作模式。
实施例四
如图4、图8、图10所示的具有两个操作模式的三分支并联机构，包括机架(图中省略)、动平台1以及并联连接在机架与动平台之间的一条第三分支和两条第四分支。实施例四与实施例三具有类似结构，不同之处在于：在实施例四中，第四移动副滑杆与动平台通过第四球副46连接。初始位置时，第三上虎克铰的第二转动轴轴线平行于第三下虎克铰的第二转动轴轴线，两条第四分支中两个球副中心的连线平行于第三上虎克铰的第一转动副轴线。
Claims (4)
1.一种具有两个操作模式的三分支并联机构，其特征在于：所述机构包括机架、动平台(1)以及并联连接在机架与动平台之间的一条第一分支和两条第二分支；
所述第一分支包括依次连接在机架与动平台之间的第一移动副导轨(11)、第一移动副滑块(12)、第一上虎克铰(13)、第一连杆(14)以及第一下虎克铰(15)；第一上虎克铰的第一转动轴轴线(16)与第一下虎克铰的第一转动轴轴线(17)平行，第一下虎克铰的第二转动轴轴线与第一下虎克铰的第一转动轴轴线垂直；第一移动副轴线垂直于第一上虎克铰的第二转动轴轴线；
所述第二分支包括依次连接在机架与动平台之间的第二移动副导轨(21)、第二移动副滑块(22)、第二转动副(23)、第二连杆(24)以及第二虎克铰(25)；或者，第二分支包括依次连接在机架和动平台之间的第二移动副导轨(21)、第二移动副滑块(22)、第二转动副(23)、第二连杆(24)以及第二球副(26)；所述第二虎克铰的第一转动轴轴线与第二转动副的转动轴轴线平行；第二移动副轴线垂直于第二转动副的转动轴轴线。
2.根据权利要求1所述的一种具有两个操作模式的三分支并联机构，其特征在于：所述两条第二分支对称于第一分支布置；所述两条第二分支中，两个第二转动副的转动轴轴线平行，两个第二虎克铰的第二转动轴轴线共线；所述第一上虎克铰的第二转动轴轴线与第二转动副的转动轴轴线平行；所述两条第二分支中的两条第二移动副轴线与第一分支中的第一移动副轴线相互平行。
3.一种具有两个操作模式的三分支并联机构，其特征在于：所述机构包括机架、动平台(1)以及并联连接在机架与动平台之间的一条第三分支和两条第四分支；
所述第三分支包括依次连接在机架与动平台(1)之间的第三上虎克铰(33)、第三移动副滑套(34)、可滑动地连接在第三移动副滑套上的第三移动副滑杆(35)以及第三下虎克铰(36)；第三上虎克铰的第一转动轴轴线(37)平行于第三下虎克铰的第一转动轴轴线(38)，并且垂直于第三移动副轴线；
所述第四分支包括依次连接在机架与动平台之间的第四转动副(47)、第四移动副滑套(43)、可滑动地连接在第四移动副滑套上的第四移动副滑杆(44)以及第四虎克铰(45)；或者，第四分支包括依次连接在机架和动平台之间的第四转动副(47)、第四移动副滑套(43)、可滑动地连接在第四移动副滑套上的第四移动副滑杆(44)以及第四球副(46)；第四转动副的转动轴轴线平行于第四虎克铰的第一转动轴轴线，并且垂直于第四移动副轴线。
4.根据权利要求3所述的一种具有两个操作模式的三分支并联机构，其特征在于：所述两条第四分支对称于第三分支布置；所述两条第四分支中，两个第四转动副的转动轴轴线平行，两个第四虎克铰的第二转动轴轴线共线；第三分支中第三上虎克铰的第二转动轴轴线平行于第四分支中第四转动副的转动轴轴线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |