CN113386111A - 一种含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，涉及机器人技术领域，包括定平台、动平台、两个第一支链和两个第二支链，定平台上设置有两个第一水平滑轨、两个第二水平滑轨、两个第一立滑轨和两个第二立滑轨，动平台位于定平台的上方，两个第一支链对称设置于动平台的两侧，两个第二支链对称设置于动平台的另外两侧，第一支链和第二支链中均包含闭环单元，使得结构紧凑，刚度高，两个第一支链和两个第二支链中共设置有八个移动副，移动副均为驱动副，八个驱动副驱动动平台相对于定平台实现空间三个方向的平移运动，实现了冗余驱动，提高了机构的承载能力、驱动稳定性和整体刚度，便于控制。

Description

一种含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构。

背景技术

机器人而且能够在危险、恶劣的环境下完成枯燥重复的工作，而且工作质量可靠稳定，并联机器人广泛运用于数控车床，船舶、航天、仿生、医学等领域。然而，现有的三平移并联机构的驱动副较少，多为单一驱动，导致刚度较低，承载能力差，不易控制。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，结构紧凑，实现了冗余驱动，提高了机构的承载能力、驱动稳定性和整体刚度，便于控制。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，包括定平台、动平台、两个第一支链和两个第二支链，所述定平台上设置有两个第一水平滑轨、两个第二水平滑轨、两个第一立滑轨和两个第二立滑轨，所述动平台位于所述定平台的上方，两个所述第一支链对称设置于所述动平台的两侧，两个所述第二支链对称设置于所述动平台的另外两侧，两个所述第一立滑轨对称设置于所述动平台的两侧，两个所述第一水平滑轨对称设置于所述动平台的两侧，两个所述第二立滑轨对称设置于所述动平台的另外两侧，两个所述第二水平滑轨对称设置于所述动平台的另外两侧；

所述第一支链包括第一连杆、第二连杆、第一滑块、第二滑块、第一转动副、第二转动副、第三转动副和圆柱副，所述第一滑块滑动安装于所述第一立滑轨上形成第一移动副，所述第二滑块滑动安装于所述第一水平滑轨上形成第二移动副，所述第一连杆的两端分别通过所述圆柱副和所述第一转动副与所述动平台和所述第一滑块连接，所述第二连杆的两端分别通过所述第二转动副和所述第三转动副与所述第一连杆的中部和所述第二滑块连接；

所述第二支链包括第三连杆、第四连杆、第五连杆、第三滑块、第四滑块、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副和虎克铰，所述第三滑块滑动安装于所述第二立滑轨上形成第三移动副，所述第四滑块滑动安装于所述第二水平滑轨上形成第四移动副，所述第三连杆的两端分别通过所述第四转动副和所述虎克铰与所述动平台和所述第四连杆的一端连接，所述第四连杆的另一端通过所述第五转动副与所述第三滑块连接，所述第五连杆的两端分别通过所述第六转动副和所述第七转动副与所述第四连杆的中部和所述第四滑块连接。

优选地，所述第一立滑轨为第一立柱，所述第一滑块滑动套设于所述第一立柱上，所述第一水平滑轨为第一水平滑槽，所述第二滑块滑动安装于所述第一水平滑槽中。

优选地，所述第二立滑轨为第二立柱，所述第三滑块滑动套设于所述第二立柱上，所述第二水平滑轨为第二水平滑槽，所述第四滑块滑动安装于所述第二水平滑槽中。

优选地，两个所述第一水平滑槽和两个所述第二水平滑槽交汇于所述定平台的中心处。

优选地，所述定平台和所述动平台均为矩形板，两个所述第一立滑轨和两个所述第二立滑轨分别设置于所述定平台的四个角上。

优选地，所述圆柱副、所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的轴线相互平行，所述圆柱副、所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的轴线方向与所述第一移动副的运动方向相互垂直，所述圆柱副、所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的轴线方向与所述第二移动副的运动方向相互垂直，所述第一移动副的运动方向和所述第二移动副的运动方向相互垂直。

优选地，所述第五转动副、所述第六转动副和所述第七转动副的轴线相互平行，所述第五转动副、所述第六转动副和所述第七转动副的轴线方向与所述第四转动副的轴线方向相互垂直，所述第五转动副、所述第六转动副和所述第七转动副的轴线方向与所述第三移动副的运动方向相互垂直，所述第五转动副、所述第六转动副和所述第七转动副的轴线方向与所述第四移动副的运动方向相互垂直，所述第三移动副的运动方向和所述第四移动副的运动方向相互垂直。

优选地，两个所述第一立滑轨和两个所述第二立滑轨相互平行，且两个所述第一立滑轨和两个所述第二立滑轨均垂直设置于所述定平台上，两个所述第一水平滑轨共线设置，两个所述第二水平滑轨共线设置，所述第一水平滑轨和所述第二水平滑轨相互垂直；所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的轴线与所述第四转动副的轴线相互垂直，所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的轴线与所述第五转动副、所述第六转动副和所述第七转动副的轴线相互垂直。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，包括定平台、动平台、两个第一支链和两个第二支链，第一支链和第二支链中均包含闭环单元，使得结构紧凑，刚度高；定平台上设置有两个第一水平滑轨、两个第二水平滑轨、两个第一立滑轨和两个第二立滑轨，各第一支链中的第一滑块与第一立滑轨形成第一移动副，各第一支链中的第二滑块与第一水平滑轨形成第二移动副，各第二支链中的第三滑块与第二立滑轨形成第三移动副，各第二支链中的第四滑块与第二水平滑轨形成第四移动副，可见，本发明中的并联机构共设置有八个移动副，移动副均为驱动副，八个驱动副驱动动平台相对于定平台实现空间三个方向的平移运动，驱动副的数量大于自由度的数量，实现了冗余驱动，避免了单一驱动导致承载能力不足的情况，提高了机构的承载能力、驱动稳定性、整体刚度等性能，消除了奇异位型，增加了机构的可操作性。本发明中两个第一支链对称分布且两个第二支链对称分布，其承载能力强，计算和控制简单，可应用于货物的搬运与分拣、大型零部件精密机床、大型工程机械隔振系统等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构的结构示意图。

附图标记说明：100、含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构；1、定平台；2、动平台；3、第一立滑轨；4、第二立滑轨；5、第一水平滑轨；6、第二水平滑轨；7、第一支链；701、第一连杆；701、第二连杆；703、第一滑块；704、第二滑块；705、第一转动副；706、第二转动副；707、第三转动副；708、圆柱副；8、第二支链；801、第三连杆；802、第四连杆；803、第五连杆；804、第三滑块；805、第四滑块；806、第四转动副；807、第五转动副；808、第六转动副；809、第七转动副；8010、虎克铰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

本发明的目的是提供一种含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，结构紧凑，实现了冗余驱动，提高了机构的承载能力、驱动稳定性和整体刚度，便于控制。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例提供一种含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构100，包括定平台1、动平台2、两个第一支链7和两个第二支链8，定平台1上设置有两个第一水平滑轨5、两个第二水平滑轨6、两个第一立滑轨3和两个第二立滑轨4，动平台2位于定平台1的上方，两个第一支链7对称设置于动平台2的两侧，两个第二支链8对称设置于动平台2的另外两侧，两个第一立滑轨3对称设置于动平台2的两侧，两个第一水平滑轨5对称设置于动平台2的两侧，两个第二立滑轨4对称设置于动平台2的另外两侧，两个第二水平滑轨6对称设置于动平台2的另外两侧。

第一支链7包括第一连杆701、第二连杆702、第一滑块703、第二滑块704、第一转动副705、第二转动副706、第三转动副707和圆柱副708，第一滑块703滑动安装于第一立滑轨3上形成第一移动副，第二滑块704滑动安装于第一水平滑轨5上形成第二移动副，第一连杆701的两端分别通过圆柱副708和第一转动副705与动平台2和第一滑块703连接，第二连杆702的两端分别通过第二转动副706和第三转动副707与第一连杆701的中部和第二滑块704连接。具体地，第一连杆701的顶端通过圆柱副708和动平台2连接，第一连杆701的底端通过第一转动副705和第一滑块703连接，第二连杆702的顶端通过第二转动副706和第一连杆701的中部连接，第二连杆702的底端通过第三转动副707和第二滑块704连接。第一支链7中第一移动副、第二移动副、第一转动副705、第二转动副706和第三转动副707组成一个闭环单元，使得结构紧凑，刚度高。

第二支链8包括第三连杆801、第四连杆802、第五连杆803、第三滑块804、第四滑块805、第四转动副806、第五转动副807、第六转动副808、第七转动副809和虎克铰8010，第三滑块804滑动安装于第二立滑轨4上形成第三移动副，第四滑块805滑动安装于第二水平滑轨6上形成第四移动副，第三连杆801的两端分别通过第四转动副806和虎克铰8010与动平台2和第四连杆802的一端连接，第四连杆802的另一端通过第五转动副807与第三滑块804连接，第五连杆803的两端分别通过第六转动副808和第七转动副809与第四连杆802的中部和第四滑块805连接。具体地，第三连杆801的顶端通过第四转动副806和动平台2连接，第三连杆801的底端通过虎克铰8010和第四连杆802的顶端连接，第四连杆802的底端通过第五转动副807和第三滑块804连接，第五连杆803的顶端通过第六转动副808和第四连杆802的中部连接，第五连杆803的底端通过第七转动副809和第四滑块805连接。第二支链8中第三移动副、第四移动副、第五转动副807、第六转动副808和第七转动副809组成一个闭环单元，使得结构紧凑，刚度高。

具体地，第一立滑轨3为第一立柱，第一滑块703滑动套设于第一立柱上，即第一滑块703为中空结构并套设于第一立柱的外部。第一水平滑轨5为第一水平滑槽，第二滑块704滑动安装于第一水平滑槽中，第二滑块704与第一水平滑槽结构相匹配，第二滑块704仅能沿第一水平滑槽在水平方向往复滑动。

具体地，第二立滑轨4为第二立柱，第三滑块804滑动套设于第二立柱上，即第三滑块804为中空结构并套设于第二立柱外部。第二水平滑轨6为第二水平滑槽，第四滑块805滑动安装于第二水平滑槽中，第四滑块805与第二水平滑槽结构相匹配，第四滑块805仅能沿第二水平滑槽在水平方向上往复滑动。

于本具体实施例中，两个第一水平滑槽和两个第二水平滑槽交汇于定平台1的中心处，两个第一水平滑槽和两个第二水平滑槽远离定平台1中心处的一端位于定平台1的四个边角处。

具体地，定平台1和动平台2均为矩形板，两个第一立滑轨3和两个第二立滑轨4分别设置于定平台1的四个角上，第一立滑轨3垂直设置于第一水平滑槽远离定平台1中心处的一端，第二立滑轨4垂直设置于第二水平滑槽远离定平台1中心处的一端。于本具体实施例中，动平台2为长方形板，动平台2的长边上设置有圆柱副708的圆柱滑轨，动平台2的短边上设置有第四转动副806的铰支座。

具体地，圆柱副708、第一转动副705、第二转动副706和第三转动副707的轴线相互平行，圆柱副708、第一转动副705、第二转动副706和第三转动副707的轴线方向与第一移动副的运动方向相互垂直，圆柱副708、第一转动副705、第二转动副706和第三转动副707的轴线方向与第二移动副的运动方向相互垂直，第一移动副的运动方向和第二移动副的运动方向相互垂直。

具体地，第五转动副807、第六转动副808和第七转动副809的轴线相互平行，第五转动副807、第六转动副808和第七转动副809的轴线方向与第四转动副806的轴线方向相互垂直，第五转动副807、第六转动副808和第七转动副809的轴线方向与第三移动副的运动方向相互垂直，第五转动副807、第六转动副808和第七转动副809的轴线方向与第四移动副的运动方向相互垂直，第三移动副的运动方向和第四移动副的运动方向相互垂直。

具体地，两个第一立滑轨3和两个第二立滑轨4相互平行，且两个第一立滑轨3和两个第二立滑轨4均垂直设置于定平台1上，两个第一水平滑轨5共线设置，两个第二水平滑轨6共线设置，第一水平滑轨5和第二水平滑轨6相互垂直；第一转动副705、第二转动副706和第三转动副707的轴线与第四转动副806的轴线相互垂直，第一转动副705、第二转动副706和第三转动副707的轴线与第五转动副807、第六转动副808和第七转动副809的轴线相互垂直。

本实施例中的第一支链7和第二支链8中均包含闭环单元，使得结构紧凑，刚度高；各第一支链7中的第一滑块703与第一立滑轨3形成第一移动副，各第一支链7中的第二滑块704与第一水平滑轨5形成第二移动副，各第二支链8中的第三滑块804与第二立滑轨4形成第三移动副，各第二支链8中的第四滑块805与第二水平滑轨6形成第四移动副，可见，本实施例中的并联机构共设置有八个移动副，移动副均为驱动副，八个驱动副驱动动平台2相对于定平台1实现空间三个方向的平移运动，驱动副的数量大于自由度的数量，实现了冗余驱动，避免了单一驱动导致承载能力不足的情况，提高了机构的承载能力、驱动稳定性、整体刚度等性能，消除了奇异位型，增加了机构的可操作性。本实施例中两个第一支链7对称分布且两个第二支链8对称分布，其承载能力强，计算和控制简单，可应用于货物的搬运与分拣、大型零部件精密机床、大型工程机械隔振系统等。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，其特征在于，包括定平台、动平台、两个第一支链和两个第二支链，所述定平台上设置有两个第一水平滑轨、两个第二水平滑轨、两个第一立滑轨和两个第二立滑轨，所述动平台位于所述定平台的上方，两个所述第一支链对称设置于所述动平台的两侧，两个所述第二支链对称设置于所述动平台的另外两侧，两个所述第一立滑轨对称设置于所述动平台的两侧，两个所述第一水平滑轨对称设置于所述动平台的两侧，两个所述第二立滑轨对称设置于所述动平台的另外两侧，两个所述第二水平滑轨对称设置于所述动平台的另外两侧；

所述第一支链包括第一连杆、第二连杆、第一滑块、第二滑块、第一转动副、第二转动副、第三转动副和圆柱副，所述第一滑块滑动安装于所述第一立滑轨上形成第一移动副，所述第二滑块滑动安装于所述第一水平滑轨上形成第二移动副，所述第一连杆的两端分别通过所述圆柱副和所述第一转动副与所述动平台和所述第一滑块连接，所述第二连杆的两端分别通过所述第二转动副和所述第三转动副与所述第一连杆的中部和所述第二滑块连接；

所述第二支链包括第三连杆、第四连杆、第五连杆、第三滑块、第四滑块、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副和虎克铰，所述第三滑块滑动安装于所述第二立滑轨上形成第三移动副，所述第四滑块滑动安装于所述第二水平滑轨上形成第四移动副，所述第三连杆的两端分别通过所述第四转动副和所述虎克铰与所述动平台和所述第四连杆的一端连接，所述第四连杆的另一端通过所述第五转动副与所述第三滑块连接，所述第五连杆的两端分别通过所述第六转动副和所述第七转动副与所述第四连杆的中部和所述第四滑块连接。

2.根据权利要求1所述的含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，其特征在于，所述第一立滑轨为第一立柱，所述第一滑块滑动套设于所述第一立柱上，所述第一水平滑轨为第一水平滑槽，所述第二滑块滑动安装于所述第一水平滑槽中。

3.根据权利要求2所述的含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，其特征在于，所述第二立滑轨为第二立柱，所述第三滑块滑动套设于所述第二立柱上，所述第二水平滑轨为第二水平滑槽，所述第四滑块滑动安装于所述第二水平滑槽中。

4.根据权利要求3所述的含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，其特征在于，两个所述第一水平滑槽和两个所述第二水平滑槽交汇于所述定平台的中心处。

5.根据权利要求1所述的含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，其特征在于，所述定平台和所述动平台均为矩形板，两个所述第一立滑轨和两个所述第二立滑轨分别设置于所述定平台的四个角上。

6.根据权利要求1所述的含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，其特征在于，所述圆柱副、所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的轴线相互平行，所述圆柱副、所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的轴线方向与所述第一移动副的运动方向相互垂直，所述圆柱副、所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的轴线方向与所述第二移动副的运动方向相互垂直，所述第一移动副的运动方向和所述第二移动副的运动方向相互垂直。

7.根据权利要求6所述的含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，其特征在于，所述第五转动副、所述第六转动副和所述第七转动副的轴线相互平行，所述第五转动副、所述第六转动副和所述第七转动副的轴线方向与所述第四转动副的轴线方向相互垂直，所述第五转动副、所述第六转动副和所述第七转动副的轴线方向与所述第三移动副的运动方向相互垂直，所述第五转动副、所述第六转动副和所述第七转动副的轴线方向与所述第四移动副的运动方向相互垂直，所述第三移动副的运动方向和所述第四移动副的运动方向相互垂直。

8.根据权利要求7所述的含闭环单元的三平移冗余驱动并联机构，其特征在于，两个所述第一立滑轨和两个所述第二立滑轨相互平行，且两个所述第一立滑轨和两个所述第二立滑轨均垂直设置于所述定平台上，两个所述第一水平滑轨共线设置，两个所述第二水平滑轨共线设置，所述第一水平滑轨和所述第二水平滑轨相互垂直；所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的轴线与所述第四转动副的轴线相互垂直，所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的轴线与所述第五转动副、所述第六转动副和所述第七转动副的轴线相互垂直。

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