CN112621717B - 一种基于环形导轨的冗余支链并联机构 - Google Patents

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Abstract

一种基于环形导轨的冗余支链并联机构。其包括静平台、动平台以及连接在动平台和静平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；本发明效果：1.通对采用四个支链的驱动和控制，能实现动平台在第一支链与第二支链所在平面上的两平动一转动。2.添加环形导轨，可以改变第一支链与第二支链所在平面的角度，使得机构工作空间更大，运动更加灵活。3.采用冗余支链的结构，使得机构刚度更强，不容易产生奇异位型。

Description

一种基于环形导轨的冗余支链并联机构
技术领域
本发明属于并联机构技术领域，具体涉及一种基于环形导轨的冗余支链并联机构。
背景技术
并联机构是指动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。相比于串联机构，并联机构具有刚度高、累计误差小和工作空间较小等优点。目前，对于六自由度并联机构的研究较为深入，但自由度越多会使得机构越复杂，其求解问题也更加复杂。因此，在满足工作需求的情况下，为降低成本，多采用少自由度的机构。
四自由度并联机构，相比较于六自由度并联机构，具有结构简单、成本更低等优点。同时，保留了并联机构高刚度、累计误差小、工作空间较小等优点。但目前的二维平动和二维转动的四自由度并联机构存在动平台的结构较为复杂，运动学模型复杂，奇异较多等问题。因此，提出一种运动学模型简单、不易产生奇异的四自由度并联机构很有必要。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于环形导轨的冗余支链并联机构。
为了达到上述目的，本发明提供的基于环形导轨的冗余支链并联机构包括静平台、动平台、以及连接在动平台与静平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；
其中，所述的动平台包括台板、球面副外球壳和第一关节转轴头；台板的两个相对侧面中部分别对称安装一个球面副外球壳，另两个相对的侧面中部分别对称安装一个第一关节转轴头，两个第一关节转轴头的转动轴线相互平行，并且两条转动轴线所在的平面平行于台板的上表面；
静平台包括第一杆、第二杆、底座和支座；支座以同心的方式设置在底座的上方；第一杆和第二杆的上下端分别对称固定在支座的底面和底座的顶面上；第一杆和第二杆的相对侧面上沿第一杆和第二杆的长度方向分别设有一条第一导轨；支座的外侧面上设有一条环形的第二导轨；
第一支链与第二支链的结构完全相同且对称设置，均包括第一滑块、第二关节转轴和电推杆；第一滑块以移动的方式连接在第二导轨上而构成移动副；电推杆的一端通过第二关节转轴连接在第一滑块的底面上而形成转动副，另一端设有第一关节转轴，并且第二关节转轴的轴线方向与第一滑块中心处沿第二导轨的切线方向相平行；第一关节转轴与动平台上的一个第一关节转轴头相连接而构成转动副，并且第一关节转轴的转动轴线方向与第二关节转轴的转动轴线方向平行；
第三支链与第四支链的结构完全相同且对称设置，均包括第二滑块、第三关节转轴和伸缩杆；第二滑块以移动的方式连接在第一杆或第二杆的第一导轨上而构成移动副；伸缩杆的一端通过第三关节转轴连接在第二滑块的内侧面上而构成转动副，另一端设有球面副内球体，并且第三关节转轴的转动轴线方向与第一导轨的延伸方向相同；球面副内球体与动平台上的一个球面副外球壳相连接而构成球副。
所述的底座和支座均为环形结构且尺寸完全相同。
所述的台板采用方形板。
本发明提供的基于环形导轨的冗余支链并联机构具有如下优点：
1.通对四个支链的驱动和控制，能实现动平台在第一支链与第二支链所在平面上的两平动一转动。
2.添加环形导轨，可以改变第一支链与第二支链所在平面的角度，使得机构工作空间更大，运动更加灵活。
3.采用冗余支链的结构，使得机构刚度更强，不容易产生奇异位型。
附图说明
图1为本发明提供的基于环形导轨的冗余支链并联机构整体结构示意图。
图2为本发明提供的基于环形导轨的冗余支链并联机构中动平台示意图。
图3为本发明提供的基于环形导轨的冗余支链并联机构中静平台示意图。
图4为本发明提供的基于环形导轨的冗余支链并联机构中第一支链与第二支链结构示意图。
图5为本发明提供的基于环形导轨的冗余支链并联机构中第三支链与第四支链结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的基于环形导轨的冗余支链并联机构进行详细说明。
如图1-图5所示，本发明提供的基于环形导轨的冗余支链并联机构包括静平台1、动平台2以及连接在静平台1与动平台2之间的第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ；
其中，所述的动平台2包括台板201、两个球面副外球壳3和两个第一关节转轴头4；台板201的两个相对侧面中部分别对称安装一个球面副外球壳3，另两个相对的侧面中部分别对称安装一个第一关节转轴头4，两个第一关节转轴头4的转动轴线相互平行，并且两条转动轴线所在的平面平行于台板201的上表面；
静平台1包括第一杆101、第二杆102、底座103和支座104；支座104以同心的方式设置在底座103的上方；第一杆101和第二杆102的上下端分别对称固定在支座104的底面和底座103的顶面上；第一杆101和第二杆102的相对侧面上沿第一杆101和第二杆102的长度方向分别设有一条第一导轨5；支座104的外侧面上设有一条环形的第二导轨6；
第一支链Ⅰ与第二支链Ⅱ的结构完全相同且对称设置，均包括第一滑块7、第二关节转轴8和电推杆9；第一滑块7以移动的方式连接在第二导轨6上而构成移动副；电推杆9的一端通过第二关节转轴8连接在第一滑块7的底面上而形成转动副，另一端设有第一关节转轴10，并且第二关节转轴8的轴线方向与第一滑块7中心处沿第二导轨6的切线方向相平行；第一关节转轴10与动平台2上的一个第一关节转轴头4相连接而构成转动副，并且第一关节转轴10的转动轴线方向与第二关节转轴8的转动轴线方向平行；
第三支链Ⅲ与第四支链Ⅳ的结构完全相同且对称设置，均包括第二滑块11、第三关节转轴12和伸缩杆13；第二滑块11以移动的方式连接在第一杆101或第二杆102的第一导轨5上而构成移动副；伸缩杆13的一端通过第三关节转轴12连接在第二滑块11的内侧面上而构成转动副，另一端设有球面副内球体14，并且第三关节转轴12的转动轴线方向与第一导轨5的延伸方向相同；球面副内球体14与动平台2上的一个球面副外球壳3相连接而构成球副。
所述的底座103和支座104均为环形结构且尺寸完全相同。
所述的台板201采用方形板。
现以第一杆101和第二杆102的连线方向在底座103所在的平面上的投影作为x轴方向，底座103所在的平面上垂直于x轴的方向作为y轴方向，第一杆101和第二杆102的延伸方向作为z轴方向，对本发明提供的基于环形导轨的冗余支链并联机构的工作过程阐述如下：
所述第一支链Ⅰ和第二支链Ⅱ上的移动副均由电机驱动，并且移动方向和距离始终保持相等，因此两个第一滑块7始终处于同一水平面上；第一支链Ⅰ和第二支链Ⅱ上电推杆9的伸缩运动由其本身电机驱动；所述第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ上的移动副均由电机驱动，并且移动方向和距离始终保持相等；第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ上的伸缩杆13为从动副；所述第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ共由六个电机驱动，可使动平台2具有两个方向的移动以及两个方向的转动，共四个自由度。
本发明可以通过电机驱动第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ上的第一滑块7和第二滑块11在各自轨道上的平移、以及通过电推杆9的伸缩来实现动平台2的运动。当控制电推杆9伸缩，且第一滑块7与第二滑块11不动时，可实现动平台2在y轴的平移和绕x轴的转动；当控制电推杆9伸缩，第二滑块11运动，而第一滑块7不动时，可实现动平台2在y轴、z轴的平移和绕x轴的转动；当控制电推杆9伸缩，第一滑块7和第二滑块11运动时，可实现动平台在y轴、z轴的平移，绕x轴和绕z轴的转动。由于本发明各支链之间并未存在干扰，因此当各支链之间相互协调运动时可实现动平台2的四自由度运动。

Claims (3)

1.一种基于环形导轨的冗余支链并联机构，其特征在于：所述基于环形导轨的冗余并联机构包括静平台(1)、动平台(2)以及连接在静平台(1)与动平台(2)之间的第一支链(Ⅰ)、第二支链(Ⅱ)、第三支链(Ⅲ)和第四支链(Ⅳ)；
其中，所述的动平台(2)包括台板(201)、球面副外球壳(3)和第一关节转轴头(4)；台板(201)的两个相对侧面中部分别对称安装一个球面副外球壳(3)，另两个相对的侧面中部分别对称安装一个第一关节转轴头(4)，两个第一关节转轴头(4)的转动轴线相互平行，并且两条转动轴线所在的平面平行于台板(201)的上表面；
静平台(1)包括第一杆(101)、第二杆(102)、底座(103)和支座(104)；支座(104)以同心的方式设置在底座(103)的上方；第一杆(101)和第二杆(102)的上下端分别对称固定在支座(104)的底面和底座(103)的顶面上；第一杆(101)和第二杆(102)的相对侧面上沿第一杆(101)和第二杆(102)的长度方向分别设有一条第一导轨(5)；支座(104)的外侧面上设有一条环形的第二导轨(6)；
第一支链(Ⅰ)与第二支链(Ⅱ)的结构完全相同且对称设置，均包括第一滑块(7)、第二关节转轴(8)和电推杆(9)；第一滑块(7)以移动的方式连接在第二导轨(6)上而构成移动副；电推杆(9)的一端通过第二关节转轴(8)连接在第一滑块(7)的底面上而形成转动副，另一端设有第一关节转轴(10)，并且第二关节转轴(8)的轴线方向与第一滑块(7)中心处沿第二导轨(6)的切线方向相平行；第一关节转轴(10)与动平台(2)上的一个第一关节转轴头(4)相连接而构成转动副，并且第一关节转轴(10)的转动轴线方向与第二关节转轴(8)的转动轴线方向平行；
第三支链(Ⅲ)与第四支链(Ⅳ)的结构完全相同且对称设置，均包括第二滑块(11)、第三关节转轴(12)和伸缩杆(13)；第二滑块(11)以移动的方式连接在第一杆(101)或第二杆(102)的第一导轨(5)上而构成移动副；伸缩杆(13)的一端通过第三关节转轴(12)连接在第二滑块(11)的内侧面上而构成转动副，另一端设有球面副内球体(14)，并且第三关节转轴(12)的转动轴线方向与第一导轨(5)的延伸方向相同；球面副内球体(14)与动平台(2)上的一个球面副外球壳(3)相连接而构成球副。
2.根据权利要求1所述的基于环形导轨的冗余支链并联机构，其特征在于：所述的底座(103)和支座(104)均为环形结构且尺寸完全相同。
3.根据权利要求1所述的基于环形导轨的冗余支链并联机构，其特征在于：所述的台板(201)采用方形板。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114668629B (zh) * 2022-04-22 2024-01-12 河北工业大学 一种含子闭链的四自由度踝关节康复并联机构

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1501065A1 (en) * 2003-07-22 2005-01-26 William Lai Parallel kinematic hexapodal dynamic simulator
WO2010051905A1 (de) * 2008-11-10 2010-05-14 Etel S.A. Paralleler roboter des scara-typs
CN107471201A (zh) * 2017-09-30 2017-12-15 北京交通大学 一种相对自由度为三的结构冗余并联机器人机构
CN108000495A (zh) * 2017-12-13 2018-05-08 浙江理工大学 一种具有大摆角的两转动一移动冗余驱动并联机构
CN110480603A (zh) * 2019-08-08 2019-11-22 中国民航大学 一种具有8m形底座的多自由度并联机械手
CN110561392A (zh) * 2019-09-26 2019-12-13 中国民航大学 一种具有可重构特性的三平动并联机构
CN110652322A (zh) * 2018-06-29 2020-01-07 新加坡国立大学 导向定位机器人

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10434322B2 (en) * 2016-05-17 2019-10-08 Center Of Human-Centered Interaction For Coexistence Robot for controlling position of motion platform and bio-stimulation system having the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1501065A1 (en) * 2003-07-22 2005-01-26 William Lai Parallel kinematic hexapodal dynamic simulator
WO2010051905A1 (de) * 2008-11-10 2010-05-14 Etel S.A. Paralleler roboter des scara-typs
CN107471201A (zh) * 2017-09-30 2017-12-15 北京交通大学 一种相对自由度为三的结构冗余并联机器人机构
CN108000495A (zh) * 2017-12-13 2018-05-08 浙江理工大学 一种具有大摆角的两转动一移动冗余驱动并联机构
CN110652322A (zh) * 2018-06-29 2020-01-07 新加坡国立大学 导向定位机器人
CN110480603A (zh) * 2019-08-08 2019-11-22 中国民航大学 一种具有8m形底座的多自由度并联机械手
CN110561392A (zh) * 2019-09-26 2019-12-13 中国民航大学 一种具有可重构特性的三平动并联机构

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Optimal design of lightweight serial robots by integrating topology optimization and parametric system optimization;Xuhao Wang等;《Mechanism and Machine Theory》;20190228;第48-65页 *
一种新型并联机床结构形式;罗建国;《机电工程技术》;20031230(第06期);第11-13页 *
具有弧形移动副的3-RPS并联机构刚度特性分析;王永奉等;《机械设计与研究》;20180420(第02期);第37-41页 *

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