CN112621730B

CN112621730B - 一种三自由度解耦并联平动机构

Info

Publication number: CN112621730B
Application number: CN202110027617.2A
Authority: CN
Inventors: 于江涛; 李振坤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-01-10
Filing date: 2021-01-10
Publication date: 2022-08-26
Anticipated expiration: 2041-01-10
Also published as: CN112621730A; WO2022147957A1

Abstract

本发明公开了一种三自由度解耦并联平动机构，其特征包括：三个相同的平台、三个相同的传动支链。三个传动支链和三个平台之间用球副或转动副连接。当三个平台中任意两个平台以一定规律相对平动时，第三个平台可以实现相应解耦线性比例平动。

Description

一种三自由度解耦并联平动机构

技术领域

本发明属于并联平动机构；涉及并联机器人领域。

背景技术

目前，并联机器人得到了广泛应用，如六自由度的Stewart平台、Delta机器人等。现有并联机构动平台的单一自由度和各个驱动部件之间存在复杂的耦合关系，求解繁琐，从而阻碍了动平台运动轨迹精确控制、动平台速度精确控制和动平台力控的精确控制。

发明内容

本发明针对现有并联机构的不足，提供了一种三自由度解耦并联平动机构。

本发明采用如下技术方案：

一种三自由度解耦并联平动机构包括三个相同的平台（分别记为平台A、平台B和平台C）和三个尺寸与结构均相同的传动支链（分别记为支链E、支链F和支链G）。

所述三个相同平台的相同规定如下：

所述平台A上设有三个传动副连接点（一个球副时，该点为球副的球心；两个转动副时，该点为两个转动副转轴线交点），依次记为A_E、A_F和A_G。

所述平台B上设有三个传动副连接点（一个球副时，该点为球副的球心；两个转动副时，该点为两个转动副转轴线交点），依次记为B_E、B_F和B_G。

所述平台C上设有三个传动副连接点（一个球副时，该点为球副的球心；两个转动副时，该点为两个转动副转轴线交点），依次记为C_E、C_F和C_G。

所述A_E与所述A_F之间的距离等于所述B_E与所述B_F之间的距离等于所述C_E与所述C_F之间的距离。

所述A_F与所述A_G之间的距离等于所述B_F与所述B_G之间的距离等于所述C_F与所述C_G之间的距离。

所述A_E与所述A_G之间的距离等于所述B_E与所述B_G之间的距离等于所述C_E与所述C_G之间的距离。

所述三个尺寸与结构均相同传动支链中相同及所述传动支链结构规定如下：

所述支链E（F、G）设有杆Ea（Fa、Ga）、杆Eb（Fb、Gb）、杆Ec（Fc、Gc）和杆Ed（Fd、Gd）；所述杆Ec（Fc、Gc）的端部与所述杆Ea（Fa、Ga）通过一个转动副连接在E₁（F₁、G₁）点；所述杆Ea（Fa、Ga）的端部与所述杆Eb（Fb、Gb）的端部通过一个转动副连接在E₂（F₂、G₂）点；所述杆Ed（Fd、Gd）的端部与所述杆Eb（Fb、Gb）通过一个转动副连接在E₃（F₃、G₃）点；所述杆Ea（Fa、Ga）的另一端部与所述平台A上的所述A_E（A_F、A_G）点通过一个球副或两个转动副相连；所述杆Eb（Fb、Gb）的另一端部与所述平台C上的所述C_E（C_F、C_G）点通过一个球副或两个转动副相连；所述杆Ec（Fc、Gc）的另一端部及所述杆Ed（Fd、Gd）的另一端部都与所述平台B上的所述B_E（B_F、B_G）点通过两个转动副相连，具体为所述杆Ec（Fc、Gc）和所述杆Ed（Fd、Gd）之间用转动副连接后再用一个转动副连接所述平台B，所述两个转动副的转轴线交点即为所述B_E（B_F、B_G）。

所述A_E与所述E₁之间的距离等于所述A_F与所述F₁之间的距离等于所述A_G与所述G₁之间的距离，记为l ₁。

所述E₁与所述E₂之间的距离等于所述F₁与所述F₂之间的距离等于所述G₁与所述G₂之间的距离等于k倍的所述l ₁，记为kl ₁，k为大于零的常数。

所述E₁与所述B_E之间的距离（即所述杆Ec的长度）等于所述F₁与所述B_F之间的距离（即所述杆Fc的长度）等于所述G₁与所述B_G之间的距离（即所述杆Gc的长度），记为l ₂。

所述E₃与所述B_E之间的距离（即所述杆Ed的长度）等于所述F₃与所述B_F之间的距离（即所述杆Fd的长度）等于所述G₃与所述B_G之间的距离（即所述杆Gd的长度）等于所述kl ₁。

所述E₂与所述E₃之间的距离等于所述F₂与所述F₃之间的距离等于所述G₂与所述G₃之间的距离等于所述l ₂。

所述E₃与所述C_E之间的距离等于所述F₃与所述C_F之间的距离等于所述G₃与所述C_G之间的距离等于所述k倍的所述l ₂。

本发明的显著优势在于：当所述三个平台（A、B、C）中任意两个平台以一定规律相对平动时，第三个平台可以实现相应解耦线性比例平动。

附图说明

图1为本发明一种三自由度解耦并联平动机构简图；

图2为本发明具体实施例1结构示意图；

图3为本发明具体实施例2结构示意图；

图中标号：S为球副、R为转动副、k为大于零的常数、1为平台A、2为平台B、3为平台C、Ea，Eb，Ec，Ed，Fa，Fb，Fc，Fd，Ga，Gb，Gc，Gd为连杆、A_E为连杆Ea与平台A的连接点、B_E为连杆Ec，连杆Ed与平台B的连接点、C_E为连杆Eb与平台C的连接点、E₁为连杆Ea与连杆Ec的连接点、E₂为连杆Ea与连杆Eb的连接点、E₃为连杆Eb与连杆Ed的连接点、A_F为连杆Fa与平台A的连接点、B_F为连杆Fc，连杆Fd与平台B的连接点、C_F为连杆Fb与平台C的连接点、F₁为连杆Fa与连杆Fc的连接点、F₂为连杆Fa与连杆Fb的连接点、F₃为连杆Fb与连杆Fd的连接点、A_G为连杆Ga与平台A的连接点、B_G为连杆Gc，连杆Gd与平台B的连接点、C_G为连杆Gb与平台C的连接点、G₁为连杆Ga与连杆Gc的连接点、G₂为连杆Ga与连杆Gb的连接点、G₃为连杆Gb与连杆Gd的连接点、l ₁为点A_E与点E₁之间的长度也是点A_F与点F₁之间的长度还是点A_G与点G₁之间的长度、l ₂为连杆Ec的长度也是连杆Fc的长度还是连杆Gc的长度、4，5，6为虎克铰。

具体实施方式

下面结合具体两个实施例对本发明内容做进一步描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

由于实施例1和实施例2仅仅是所用三个平台结构上的变化，各个运动支链（实施例1中的三个运动支链及实施例2中的三个运动支链，共六个运动支链）结构和尺寸完全相同，所以只对一个支链进行说明。

本发明提出的两个实施例结构如图2、3所示，具体包含了平台A（1）、平台B（2）、平台C（3）；和三个相同的运动支链。所述平台A、所述平台B、所述平台C在尺寸和结构上完全相同。所述运动支链具体包含了虎克铰4、虎克铰5、虎克铰6、连杆Ea、连杆Eb、连杆Ec、连杆Ed。所述虎克铰4的两条垂直转动轴线相交于A_E点，所述虎克铰5的两条垂直转动轴线相交于B_E点，所述虎克铰6的两条垂直转动轴线相交于C_E点；所述平台A（1）、所述虎克铰4及所述连杆Ea在A_E点铰接，所述平台B（2）、所述虎克铰5、所述连杆Ec及所述连杆Ed在B_E点铰接，所述平台C（3）、所述虎克铰6及所述连杆Eb在C_E点铰接，所述连杆Ec与所述连杆Ea铰接在E₁点，所述连杆Ea与所述连杆Eb铰接在所述E₂点，所述连杆Eb与所述连杆Ed铰接在E₃点。

所述A_E点与所述E₁点之间的距离为100mm，所述E₁点与所述E₂点之间的距离为300mm，所述E₂点与所述E₃点之间的距离为150mm，所述E₃点与所述C_E点之间的距离为450mm，所述E₁点与所述B_E点之间的距离（即所述连杆Ec的长度）为150mm，所述B_E点与所述E₃点之间的距离（即所述连杆Ed的长度）为300mm。满足说明书中所述的尺寸要求（此时，对应发明内容中所述的l ₁为100mm，所述的l ₂为150mm，所述的k为3）。

在所述三个完全相同的平台A、B、C上同样位置各取一点，分别记为点O_A、O、O_C；以所述平台B上的所述O点为坐标系原点建立三维直角坐标系O-X-Y-Z，记为坐标系O_XYZ；所述点O_A在所述坐标系O_XYZ中的坐标记为（x _A,y _A,z _A），所述点O_C在所述坐标系O_XYZ中的坐标记为（x _C,y _C,z _C）；当所述平台A与所述平台B相对平动时，所述平台C总与所述平台A及所述平台C保持平行关系，且所述点O_A的坐标与所述点O_C的坐标之间总保持线性比例关系，即：所述x _A的3（3为所述的k）倍总等于所述x _C，所述y _A的3（3为所述的k）倍总等于所述y _C，所述z _A的3（3为所述的k）倍总等于所述z _C。

尽管结合了上面两个实施例对本发明进行描述，但是本发明并不局限于上述具体实施例，上述的实施例仅仅是示范性的，而不是限制性的，在本发明的启示下，不脱离权力要求的情况下，还可以做出多种变形，这些均属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种三自由度解耦并联平动机构，包括三个平台，分别记为平台A、平台B和平台C，和三个传动支链，分别记为支链E、支链F和支链G，所述支链E设有杆Ea、杆Eb、杆Ec和杆Ed，所述杆Ea的端部与所述平台A通过一个球副或虎克铰连接在A_E点，所述杆Ea的另一端部与所述杆Eb的端部通过一个转动副连接在E₂点，所述杆Eb的另一端部与所述平台C通过一个球副或虎克铰连接在C_E点，所述杆Ec的端部与所述杆Ea通过一个转动副连接在E₁点，所述杆Ed的端部与所述杆Eb通过一个转动副连接在E₃点，所述杆Ec的另一端部及所述杆Ed的另一端部都与所述平台B都通过转动副连接在B_E点，具体为所述杆Ec和所述杆Ed之间用转动副连接后再用一个与之垂直的转动副连接所述平台B，两个转动副的转轴线交点即为所述B_E，所述支链F设有杆Fa、杆Fb、杆Fc和杆Fd，所述杆Fa的端部与所述平台A通过一个球副或虎克铰连接在A_F点，所述杆Fa的另一端部与所述杆Fb的端部通过一个转动副连接在F₂点，所述杆Fb的另一端部与所述平台C通过一个球副或虎克铰连接在C_F点，所述杆Fc的端部与所述杆Fa通过一个转动副连接在F₁点，所述杆Fd的端部与所述杆Fb通过一个转动副连接在F₃点，所述杆Fc的另一端部及所述杆Fd的另一端部都与所述平台B都通过转动副连接在B_F点，具体为所述杆Fc和所述杆Fd之间用转动副连接后再用一个与之垂直的转动副连接所述平台B，两个转动副的转轴线交点即为所述B_F，所述支链G设有杆Ga、杆Gb、杆Gc和杆Gd，所述杆Ga的端部与所述平台A通过一个球副或虎克铰连接在A_G点，所述杆Ga的另一端部与所述杆Gb的端部通过一个转动副连接在G₂点，所述杆Gb的另一端部与所述平台C通过一个球副或虎克铰连接在C_G点，所述杆Gc的端部与所述杆Ga通过一个转动副连接在G₁点，所述杆Gd的端部与所述杆Gb通过一个转动副连接在G₃点，所述杆Gc的另一端部及所述杆Gd的另一端部都与所述平台B都通过转动副连接在B_G点，具体为所述杆Gc和所述杆Gd之间用转动副连接后再用一个与之垂直的转动副连接所述平台B，两个转动副的转轴线交点即为所述B_G，所述A_E与所述E₁之间的距离等于所述A_F与所述F₁之间的距离等于所述A_G与所述G₁之间的距离，记为l₁，所述E₁与所述E₂之间的距离等于所述F₁与所述F₂之间的距离等于所述G₁与所述G₂之间的距离等于k倍的所述l₁，记为kl₁，k为大于零的常数，所述E₁与所述B_E之间的距离等于所述F₁与所述B_F之间的距离等于所述G₁与所述B_G之间的距离，记为l₂，所述E₃与所述B_E之间的距离等于所述F₃与所述B_F之间的距离等于所述G₃与所述B_G之间的距离等于所述kl₁，所述E₂与所述E₃之间的距离等于所述F₂与所述F₃之间的距离等于所述G₂与所述G₃之间的距离等于所述l₂，所述E₃与所述C_E之间的距离等于所述F₃与所述C_F之间的距离等于所述G₃与所述C_G之间的距离等于所述k倍的所述l₂，所述A_E与所述A_F之间的距离等于所述B_E与所述B_F之间的距离等于所述C_E与所述C_F之间的距离，所述A_F与所述A_G之间的距离等于所述B_F与所述B_G之间的距离等于所述C_F与所述C_G之间的距离，所述A_E与所述A_G之间的距离等于所述B_E与所述B_G之间的距离等于所述C_E与所述C_G之间的距离。