CN112008700A - 具有两转动一移动解耦并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有两转动一移动解耦并联机构，包括静平台、动平台和三条分支运动链，三条分支运动链分别为第一分支运动链、第二分支运动链和第三分支运动链，三条分支运动链与静平台和动平台相互配合，从而使得本发明中的并联机构有三个自由度，即两个方向的转动和一个方向的移动，且移动自由度与两个转动自由度之间不存在耦合关系。该并联机构具有结构简单，机构制造装配容易，精度高，成本低，工作空间较大，运动灵活性等优点，在工业、医学、航天等多个领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及具有两转动一移动解耦并联机构。
背景技术
并联机构是一组由两个或两个以上的分支机构并联而成的机构，相较于串联机构，并联机构具有更高的刚度、累计误差更小、承载能力大等优点，已经在食品包装、运动模拟器、医疗器械、航空航天等领域被广泛的应用。
由于并联机构的结构特点，使得并联机构在应用过程中会出现许多问题，如强耦合性、工作空间小、传动性能差等。尤其是强耦合性的影响，因此实现并联机构运动完全解耦或部分解耦已成为国际机构学研究的热点。
过去的并联机构大多为六自由度，近年来少自由度并联机构引起了广大学者的关注，少自由度并联机器人机构和6自由度的相比，具有机械结构简单，制造和控制成本相对较低等优点。
目前我国已经有部分学者提出三自由度的并联机构，特别是在两转动一移动并联机构方面有了一定的研究进展，然而对于大多数的并联机构来说仍然存在强耦合性、工作空间小等问题，在一定程度上阻碍了并联机构的发展和应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有两转动一移动解耦并联机构，以解决两转一移并联机构中存在的结构复杂、运动副空间位置复杂以及输入输出间相耦合等问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：具有两转动一移动解耦并联机构，包括静平台、动平台和三条分支运动链，三条分支运动链分别为第一分支运动链、第二分支运动链和第三分支运动链，其中，
第一分支运动链包括一端连接至静平台的第一圆柱副、一端连接至动平台的万向铰以及设置在两者之间并通过连杆与两者相连的第一移动副，第一圆柱副的轴线与万向铰的内轴线平行，且第一移动副的移动方向与第一圆柱副的轴线垂直；
第二分支运动链包括通过连杆依次连接的第二圆柱副、第一转动副和球副，第二圆柱副和球副的自由端分别连接至静平台和动平台，且第二圆柱副与第一转动副的轴线平行；
第三分支运动链包括通过连杆依次连接的第二移动副、第三转动副和第二转动副，第二移动副和第二转动副的自由端分别连接至静平台和动平台，且第三转动副的轴线同时垂直于第二转动副的轴线和第二移动副的移动方向；
第一圆柱副、第二圆柱副和第二移动副均为动力输入端并分别连接有驱动电机。
进一步的，所述第二移动副的运动方向与第一圆柱副的轴线垂直，且第一圆柱副的轴线与第三转动副的轴线平行。
进一步的，所述第二圆柱副的轴线同时垂直于第一圆柱副的轴线和第二移动副的运动方向。
进一步的，所述万向铰的外轴线与第二转动副的轴线平行。
进一步的，所述万向铰、球副以及第二转动副沿动平台的长度方向依次设置，且三者分布在同一条直线上。
进一步的，所述第一移动副的两端分别通过第一连杆和第二连杆连接至第一圆柱副和第一万向铰。
进一步的，所述第二圆柱副与第一转动副之间以及第一转动副与球副之间分别通过第三连杆和第四连杆相连。
进一步的，所述第二移动副与第三转动副之间以及第三转动副与第二移动副之间分别通过第五连杆和第六连杆相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中的并联机构有三个自由度，即两个方向的转动和一个方向的移动，且移动自由度与两个转动自由度之间不存在耦合关系。该并联机构具有结构简单，机构制造装配容易，精度高，成本低，工作空间较大，运动灵活性等优点，在工业、医学、航天等多个领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明具有两转动一移动解耦并联机构的整体结构示意图；
图2是万向铰、球副以及第二转动副在动平台上的分布示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种具有两转动一移动解耦并联机构，如图1所示，包括静平台10、动平台20，L1、L2、L3分别代表第一、第二和第三分支运动链。
第一分支运动链L1包括第一圆柱副C11、第一移动副P12和一个万向铰U13，第一圆柱副C11和万向铰U13的一端分别与定平台10和动平台20直接相连，第一移动副P12则分别通过第一连杆1-1和第二连杆1-2与第一圆柱副C11和万向铰U13的另一端相连。其中，第一圆柱副C11的轴线和万向铰U13中与第二连杆1-2相连的轴线即内轴线平行，且第一圆柱副C11的轴线与第一移动副P12的移动方向垂直。
第二分支运动链L2包括第二圆柱副C21、第一转动副R22和球副S23，第二圆柱副C21和球副S24分别与定平台10和动平台20直接相连，第一转动副R22分别通过第三连杆2-1和第四连杆2-2与第二圆柱副C21和球副S24相连，其中，第二圆柱副C21的轴线和第一转动副R22的轴线平行。
第三分支运动链L3包括第二移动副P31、第三转动副R32和第二转动副R33。第二移动副P31和第二转动副R33分别与定平台10和动平台20相连，第三转动副R32分别通过第五连杆3-1和第六连杆3-2与第二移动副P31和第二转动副R33相连。其中，且第三转动副的轴线同时垂直于第二转动副的轴线和第二移动副的移动方向；
本实施例中，第二移动副P31的运动方向与第一圆柱副C11的轴线垂直，且第一圆柱副C11的轴线与第三转动副R32的轴线平行。第二圆柱副C21的轴线同时垂直于第一圆柱副C11的轴线和第二移动副P31的运动方向。与动平台20相连的万向铰U13的轴线即外轴线与第二转动副C21的轴线平行。
进一步优化本方案，如图2所示，万向铰U13、球副S23以及第二转动副C21沿动平台20的长度方向依次设置，且三者分布在同一条直线上。同时，分别选取三条分支运动链中与定平台10相连的运动副作为主动副，当其为圆柱副时，取其线性输入作为主动输入。所述并联机构通过伺服驱动电机驱动主动副，并通过三条分支运动链对动平台20提供动力。
本发明的控制原理如下：第一驱动电机驱动第一分支运动链L1的第一圆柱副C11，使得动平台20沿着第二转动副R33进行转动；第二驱动电机驱动第二分支运动链L2的第二转动副C21，使得动平台20沿着第三转动副R32进行转动；第三驱动电机驱动第三分支运动链L3的第二移动副P31，使得动平台20沿着该第二移动副P31的移动方向进行移动。从而所述并联机构可实现两转动一移动三个自由度，本发明具有结构简单，机构制造装配容易，精度高，成本低，工作空间较大，运动灵活性等优点，在工业、医学、航天等多个领域具有广阔的应用前景。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.具有两转动一移动解耦并联机构，包括静平台、动平台和三条分支运动链，其特征在于：三条分支运动链分别为第一分支运动链、第二分支运动链和第三分支运动链，其中，
第一分支运动链包括一端连接至静平台的第一圆柱副、一端连接至动平台的万向铰以及设置在两者之间并通过连杆与两者相连的第一移动副，第一圆柱副的轴线与万向铰的内轴线平行，且第一移动副的移动方向与第一圆柱副的轴线垂直；
第二分支运动链包括通过连杆依次连接的第二圆柱副、第一转动副和球副，第二圆柱副和球副的自由端分别连接至静平台和动平台，且第二圆柱副与第一转动副的轴线平行；
第三分支运动链包括通过连杆依次连接的第二移动副、第三转动副和第二转动副，第二移动副和第二转动副的自由端分别连接至静平台和动平台，且第三转动副的轴线同时垂直于第二转动副的轴线和第二移动副的移动方向；
第一圆柱副、第二圆柱副和第二移动副均为动力输入端并分别连接有驱动电机。
2.根据权利要求1所述的具有两转动一移动解耦并联机构，其特征在于：所述第二移动副的运动方向与第一圆柱副的轴线垂直，且第一圆柱副的轴线与第三转动副的轴线平行。
3.根据权利要求2所述的具有两转动一移动解耦并联机构，其特征在于：所述第二圆柱副的轴线同时垂直于第一圆柱副的轴线和第二移动副的运动方向。
4.根据权利要求3所述的具有两转动一移动解耦并联机构，其特征在于：所述万向铰的外轴线与第二转动副的轴线平行。
5.根据权利要求4所述的具有两转动一移动解耦并联机构，其特征在于：所述万向铰、球副以及第二转动副沿动平台的长度方向依次设置，且三者分布在同一条直线上。
6.根据权利要求1所述的具有两转动一移动解耦并联机构，其特征在于：所述第一移动副的两端分别通过第一连杆和第二连杆连接至第一圆柱副和第一万向铰。
7.根据权利要求1所述的具有两转动一移动解耦并联机构，其特征在于：所述第二圆柱副与第一转动副之间以及第一转动副与球副之间分别通过第三连杆和第四连杆相连。
8.根据权利要求1所述的具有两转动一移动解耦并联机构，其特征在于：所述第二移动副与第三转动副之间以及第三转动副与第二移动副之间分别通过第五连杆和第六连杆相连。
Priority Applications (1)
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| CN202010987466.0A CN112008700A (zh) | 2020-09-18 | 2020-09-18 | 具有两转动一移动解耦并联机构 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114712157A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-07-08 | 河南科技大学 | 一种基于三自由度并联机构的腕关节训练机器人 |
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2020
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Cited By (2)
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| CN114712157A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-07-08 | 河南科技大学 | 一种基于三自由度并联机构的腕关节训练机器人 |
| CN114712157B (zh) * | 2022-04-02 | 2024-01-12 | 河南科技大学 | 一种基于三自由度并联机构的腕关节训练机器人 |
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