CN113319818B - 含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置 - Google Patents

含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置 Download PDF

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    • 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

本发明涉及少自由度并联机器人机构技术领域，尤其是一种含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，由一条混合特征支链和一条约束支链组成，混合特征支链包含由转动副串联组一，与转动副串联组二并联连接的一个空间子并联机构；再在空间子并联机构的输出杆上用转动副七与动平台的一端连接；约束支链中转动副九与静平台连接，转动副十一连接动平台的另一端。本发明含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置其自由度均为2，耦合度为零，能产生一平移一转动的输出运动，且具有符号式位置正解，以及输入‑输出部分运动解耦性，且加工、制造容易。

Description

含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置
技术领域
本发明涉及少自由度并联机器人机构技术领域，尤其是一种含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置。
背景技术
少自由度的并联操作手已得到了工业应用，例：三平移的Delta操作手，H4、I4、Par4、Cross-IV，等三平移一转动的操作手，已在高速抓放、定位装配、搬运、分拣、上下料等工艺上发挥了很好的作用；而专利201210435375.1、201510564382.5、201510567133.1、201510564195.7、201510566039.4、201510566840.9等，也公开了一批三平移一转动并联机器人的新机型。
对两平移一转动并联机构，国内外学者已作了较多的研究，例，Li等研究了含有球面支链或平行子支链的2T1R空间机构；Huang. Z、Kong、杨宁等利用螺旋理论对2T1R型并联机构进行了型综合；Liu等提出一组新型2T1R型并联机构，相比于原先的2T1R型并联机构，此类型机构运动学求解更简单，构造更简单，能耗更少；Gogu. G等提出一组含有分叉的空间运动的2T1R并联机构。
但具有符号式位置正解和运动解耦的一平移一转动并联机构还不多。因此，要提出新的零耦合度且正向位置符号式和运动解耦的一平移一转动并联机构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的不足，现提供一种零耦合度且正向位置符号式和运动解耦的一平移一转动装置，其具有结构简单、零耦合度、符号式式运动学正解、部分运动解耦等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，包括动平台及静平台，所述动平台和静平台之间设有混合特征支链及约束支链；
所述混合特征支链包含由转动副串联组一及转动副串联组二并联连接而成的空间子并联机构，转动副串联组一由轴线相互平行且依次串联的转动副一、转动副二及转动副三组成，转动副串联组二由轴线相互平行且依次串联的转动副四、转动副五及转动副六组成，转动副一和转动副四均设置在静平台上，转动副一的轴线和转动副四的轴线相互垂直，转动副三和转动副六之间通过输出杆连接；
空间子并联机构的输出杆通过转动副七与动平台的一端连接，转动副七轴线的方向同时垂直于转动副三的轴线及静平台；
所述约束支链包含平行四边形机构，平行四边形机构由轴线相互平行且依次串联的转动副十三、转动副十四、转动副十五及转动副十六构成；
转动副十三和转动副十四之间的连接杆上设置有转动副八，转动副八上连接有转动副九，转动副八的轴线与转动副九的轴线相互平行，转动副九与静平台连接，转动副九的轴线和转动副一的轴线相互平行；
转动副十五与转动副十六之间的连接杆上设置有转动副十，转动副十上连接有转动副十一，转动副十一连接动平台的另一端，转动副七的轴线与转动副十一的轴线相互平行，所述转动副十的轴线与转动副十一的轴线相互垂直，转动副九的轴线和转动副十的轴线相互平行。
进一步地，所述转动副一的轴线通过转动副串联组二的运动平面。
本发明还提供一种含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，包括动平台及静平台，所述动平台和静平台之间设有混合特征支链及约束支链；
所述混合特征支链包含由转动副串联组一及转动副串联组二并联连接而成的空间子并联机构，转动副串联组一由轴线相互平行且依次串联的转动副一、转动副二及转动副三组成，转动副串联组二由轴线相互平行且依次串联的转动副四、转动副五、转动副六组成，转动副一和转动副四均设置在静平台上，转动副一的轴线和转动副四的轴线相互垂直，转动副三和转动副六之间通过输出杆连接；
空间子并联机构的输出杆通过转动副七与动平台的一端连接，转动副七轴线的方向同时垂直于转动副三的轴线及静平台；
所述约束支链包括转动副十一、转动副十二以及轴线相互平行且依次串联的转动副九、转动副八和转动副十，转动副十一与转动副十二连接，转动副十一的轴线与转动副十二的轴线相互平行，转动副十与转动副十一连接，转动副十的轴线与转动副十一的轴线垂直，转动副九与静平台连接，转动副九的轴线和转动副一的轴线相互平行，转动副十二与动平台的另一端连接，转动副七的轴线与转动副十二的轴线相互平行。
进一步地，所述转动副一的轴线通过转动副串联组二的运动平面。
本发明还提供一种含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，包括动平台及静平台，所述动平台和静平台之间设有混合特征支链及简单支链；
所述混合特征支链包含由转动副串联组一及转动副串联组二并联连接而成的空间子并联机构，转动副串联组一由轴线相互平行且依次串联的转动副一、转动副二及转动副三组成，转动副串联组二由轴线相互平行且依次串联的转动副四、转动副五、转动副六组成，转动副一和转动副四均设置在静平台上，转动副一的轴线和转动副四的轴线相互垂直，转动副三和转动副六之间通过输出杆连接；
空间子并联机构的输出杆通过转动副七与动平台的一端连接，转动副七轴线的方向同时垂直于转动副三的轴线及静平台；
所述简单支链由球副一、球副二及转动副九依次串联连接组成，动平台的另一端连接球副一，静平台连接转动副九。
进一步地，所述转动副一的轴线通过转动副串联组二的运动平面。
本发明的有益效果是：本发明含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置其自由度均为2，耦合度为零，能产生一平移一转动的输出运动，且具有符号式位置正解，以及输入-输出部分运动解耦性，且加工、制造容易。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1 是本发明含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置的实施例1的示意图；
图2是本发明含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置的实施例2的示意图；
图3 是本发明含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置的实施例1的示意图；
图中：0、静平台，1、动平台，2、输出杆；
I、混合特征支链；
Ⅱ、约束支链；
Ⅲ、简单支链；
R11、转动副一，R12、转动副二，R13、转动副三，R21、转动副四，R22、转动副五，R23、转动副六，R31、转动副九，R32、转动副八，R33、转动副十，R4、转动副七，Ra1、转动副十三，Rb1、转动副十四，Rc1、转动副十五，Rd1、转动副十六；
S33、球副一，S32、球副二。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等) 可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。
实施例1
如图1所示，一种含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，包括动平台1及静平台0，所述动平台1和静平台0之间设有混合特征支链I及约束支链Ⅱ；
所述混合特征支链I包含由转动副串联组一及转动副串联组二并联连接而成的空间子并联机构，转动副串联组一由轴线相互平行且依次串联的转动副一R11、转动副二R12及转动副三R13组成，转动副串联组二由轴线相互平行且依次串联的转动副四R21、转动副五R22及转动副六R23组成，转动副一R11和转动副四R21均设置在静平台0上，转动副一R11的轴线和转动副四R21的轴线相互垂直，转动副三R13和转动副六R23之间通过输出杆2连接；
空间子并联机构的输出杆2通过转动副七R4与动平台1的一端连接，转动副七R4轴线的方向同时垂直于转动副三R13的轴线及静平台0；
所述约束支链Ⅱ包含平行四边形机构，平行四边形机构由轴线相互平行且依次串联的转动副十三Ra1、转动副十四Rb1、转动副十五Rc1及转动副十六Rd1构成；
转动副十三Ra1和转动副十四Rb1之间的连接杆上设置有转动副八R32，转动副八R32上连接有转动副九R31，转动副八R32的轴线与转动副九R31的轴线相互平行，转动副九R31与静平台0连接，转动副九R31的轴线和转动副一R11的轴线相互平行；
转动副十五Rc1与转动副十六Rd1之间的连接杆上设置有转动副十R33，转动副十R33上连接有转动副十一R34，转动副十一R34连接动平台1的另一端，转动副七R4的轴线与转动副十一R34的轴线相互平行，所述转动副十R33的轴线与转动副十一R34的轴线相互垂直，转动副九R31的轴线和转动副十R33的轴线相互平行。
本实施例中转动副一R11的轴线通过转动副串联组二的运动平面；可提高结构的紧凑性；
该一平移一转动装置，其自由度为2，耦合度为零，能产生一平移一转动的输出运动，且具有符号式位置正解。
当取混合特征支链I中静平台0上的转动副一R11（或转动副四R21），以及其它一条支链上静平台0上的转动副九R31为驱动副时，该一平移一转动装置的动平台1可实现沿Z轴的一维平移和绕Z轴的一维转动输出。
这类一平移一转动并联机构的优势是：1）零耦合度使机构具有符号式位置正解；2）含两个最小子运动链且分别包含有驱动副，具有部分运动解耦特性；3）全转动副构成，使机构制造容易。
该机构可设计为适用于制造汽车、五金、电子产品等领域内，小批量、多品种曲线形状的高刚度管材弯曲加工并联装备。
实施例2
如图2所示，一种含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，包括动平台1及静平台0，所述动平台1和静平台0之间设有混合特征支链I及约束支链Ⅱ；
所述混合特征支链I包含由转动副串联组一及转动副串联组二并联连接而成的空间子并联机构，转动副串联组一由轴线相互平行且依次串联的转动副一R11、转动副二R12及转动副三R13组成，转动副串联组二由轴线相互平行且依次串联的转动副四R21、转动副五R22及转动副六R23组成，转动副一R11和转动副四R21均设置在静平台0上，转动副一R11的轴线和转动副四R21的轴线相互垂直，转动副三R13和转动副六R23之间通过输出杆2连接；
空间子并联机构的输出杆2通过转动副七R4与动平台1的一端连接，转动副七R4轴线的方向同时垂直于转动副三R13的轴线及静平台0；
所述约束支链Ⅱ包括转动副十一R34、转动副十二R35以及轴线相互平行且依次串联的转动副九R31、转动副八R32和转动副十R33，转动副十一R34与转动副十二R35连接，转动副十一R34的轴线与转动副十二R35的轴线相互平行，转动副十R33与转动副十一R34连接，转动副十R33的轴线与转动副十一R34的轴线垂直，转动副九R31与静平台0连接，转动副九R31的轴线和转动副一R11的轴线相互平行，转动副十二R35与动平台1的另一端连接，转动副七R4的轴线与转动副十二R35的轴线相互平行。
所述转动副一R11的轴线通过转动副串联组二的运动平面。
本实施例中转动副一R11的轴线通过转动副串联组二的运动平面；可提高结构的紧凑性；
该一平移一转动装置，其自由度为2，耦合度为零，能产生一平移一转动的输出运动，且具有符号式位置正解。
当取混合特征支链I中静平台0上的转动副一R11（或转动副四R21），以及其它一条支链上静平台0上的转动副九R31为驱动副时，该一平移一转动装置的动平台1可实现沿Z轴的一维平移和绕Z轴的一维转动输出。
这类一平移一转动并联机构的优势是：1）零耦合度使机构具有符号式位置正解；2）含两个最小子运动链且分别包含有驱动副，具有部分运动解耦特性；3）全转动副构成，使机构制造容易。
该机构可设计为适用于制造汽车、五金、电子产品等领域内，小批量、多品种曲线形状的高刚度管材弯曲加工并联装备。
实施例3
如图3所示，一种含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，包括动平台1及静平台0，所述动平台1和静平台0之间设有混合特征支链I及简单支链Ⅲ；
所述混合特征支链I包含由转动副串联组一及转动副串联组二并联连接而成的空间子并联机构，转动副串联组一由轴线相互平行且依次串联的转动副一R11、转动副二R12及转动副三R13组成，转动副串联组二由轴线相互平行且依次串联的转动副四R21、转动副五R22及转动副六R23组成，转动副一R11和转动副四R21均设置在静平台0上，转动副一R11的轴线和转动副四R21的轴线相互垂直，转动副三R13和转动副六R23之间通过输出杆2连接；
空间子并联机构的输出杆2通过转动副七R4与动平台1的一端连接，转动副七R4轴线的方向同时垂直于转动副三R13的轴线及静平台0；
所述简单支链II由球副一S33、球副二S32及转动副九R31依次串联连接组成，动平台1的另一端连接球副一S33，静平台0连接转动副九R31，以此可实现转动副九R31能够布置于静平台0上的任意方位。
本实施例中转动副一R11的轴线通过转动副串联组二的运动平面；可提高结构的紧凑性；
该一平移一转动装置，其自由度为2，耦合度为零，能产生一平移一转动的输出运动，且具有符号式位置正解。
当取混合特征支链I中静平台0上的转动副一R11（或转动副四R21），以及其它一条支链上静平台0上的转动副九R31为驱动副时，该一平移一转动装置的动平台1可实现沿Z轴的一维平移和绕Z轴的一维转动输出。
这类一平移一转动并联机构的优势是：1）零耦合度使机构具有符号式位置正解；2）含两个最小子运动链且分别包含有驱动副，具有部分运动解耦特性；3）基本由转动副构成，仅包含两个球副，使机构制造容易。
该机构可设计为适用于制造汽车、五金、电子产品等领域内，小批量、多品种曲线形状的高刚度管材弯曲加工并联装备。
上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，包括动平台（1）及静平台（0），其特征在于：所述动平台（1）和静平台（0）之间设有混合特征支链（I）及约束支链（Ⅱ）；
所述混合特征支链（I）包含由转动副串联组一及转动副串联组二并联连接而成的空间子并联机构，转动副串联组一由轴线相互平行且依次串联的转动副一（R11）、转动副二（R12）及转动副三（R13）组成，转动副串联组二由轴线相互平行且依次串联的转动副四（R21）、转动副五（R22）及转动副六（R23）组成，转动副一（R11）和转动副四（R21）均设置在静平台（0）上，转动副一（R11）的轴线和转动副四（R21）的轴线相互垂直，转动副三（R13）和转动副六（R23）之间通过输出杆（2）连接；
空间子并联机构的输出杆（2）通过转动副七（R4）与动平台（1）的一端连接，转动副七（R4）轴线的方向同时垂直于转动副三（R13）的轴线及静平台（0）；
所述约束支链（Ⅱ）包含平行四边形机构，平行四边形机构由轴线相互平行且依次串联的转动副十三（Ra1）、转动副十四（Rb1）、转动副十五（Rc1）及转动副十六（Rd1）构成；
转动副十三（Ra1）和转动副十四（Rb1）之间的连接杆上设置有转动副八（R32），转动副八（R32）上连接有转动副九（R31），转动副八（R32）的轴线与转动副九（R31）的轴线相互平行，转动副九（R31）与静平台（0）连接，转动副九（R31）的轴线和转动副一（R11）的轴线相互平行；
转动副十五（Rc1）与转动副十六（Rd1）之间的连接杆上设置有转动副十（R33），转动副十（R33）上连接有转动副十一（R34），转动副十一（R34）连接动平台（1）的另一端，转动副七（R4）的轴线与转动副十一（R34）的轴线相互平行，所述转动副十（R33）的轴线与转动副十一（R34）的轴线相互垂直，转动副九（R31）的轴线和转动副十（R33）的轴线相互平行。
2.根据权利要求1所述的含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，其特征在于：所述转动副一（R11）的轴线通过转动副串联组二的运动平面。
3.一种含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，包括动平台（1）及静平台（0），其特征在于：所述动平台（1）和静平台（0）之间设有混合特征支链（I）及约束支链（Ⅱ）；
所述混合特征支链（I）包含由转动副串联组一及转动副串联组二并联连接而成的空间子并联机构，转动副串联组一由轴线相互平行且依次串联的转动副一（R11）、转动副二（R12）及转动副三（R13）组成，转动副串联组二由轴线相互平行且依次串联的转动副四（R21）、转动副五（R22）及转动副六（R23）组成，转动副一（R11）和转动副四（R21）均设置在静平台（0）上，转动副一（R11）的轴线和转动副四（R21）的轴线相互垂直，转动副三（R13）和转动副六（R23）之间通过输出杆（2）连接；
空间子并联机构的输出杆（2）通过转动副七（R4）与动平台（1）的一端连接，转动副七（R4）轴线的方向同时垂直于转动副三（R13）的轴线及静平台（0）；
所述约束支链（Ⅱ）包括转动副十一（R34）、转动副十二（R35）以及轴线相互平行且依次串联的转动副九（R31）、转动副八（R32）和转动副十（R33），转动副十一（R34）与转动副十二（R35）连接，转动副十一（R34）的轴线与转动副十二（R35）的轴线相互平行，转动副十（R33）与转动副十一（R34）连接，转动副十（R33）的轴线与转动副十一（R34）的轴线垂直，转动副九（R31）与静平台（0）连接，转动副九（R31）的轴线和转动副一（R11）的轴线相互平行，转动副十二（R35）与动平台（1）的另一端连接，转动副七（R4）的轴线与转动副十二（R35）的轴线相互平行。
4.根据权利要求3所述的含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，其特征在于：所述转动副一（R11）的轴线通过转动副串联组二的运动平面。
5.一种含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，包括动平台（1）及静平台（0），其特征在于：所述动平台（1）和静平台（0）之间设有混合特征支链（I）及简单支链（Ⅲ）；
所述混合特征支链（I）包含由转动副串联组一及转动副串联组二并联连接而成的空间子并联机构，转动副串联组一由轴线相互平行且依次串联的转动副一（R11）、转动副二（R12）及转动副三（R13）组成，转动副串联组二由轴线相互平行且依次串联的转动副四（R21）、转动副五（R22）及转动副六（R23）组成，转动副一（R11）和转动副四（R21）均设置在静平台（0）上，转动副一（R11）的轴线和转动副四（R21）的轴线相互垂直，转动副三（R13）和转动副六（R23）之间通过输出杆（2）连接；
空间子并联机构的输出杆（2）通过转动副七（R4）与动平台（1）的一端连接，转动副七（R4）轴线的方向同时垂直于转动副三（R13）的轴线及静平台（0）；
所述简单支链（Ⅲ）由球副一（S33）、球副二（S32）及转动副九（R31）依次串联连接组成，动平台（1）的另一端连接球副一（S33），静平台（0）连接转动副九（R31）。
6.根据权利要求5所述的含特征链的两支链大法线转角零耦合度一平移一转动装置，其特征在于：所述转动副一（R11）的轴线通过转动副串联组二的运动平面。
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