CN113664809B - 一种含圆弧导轨的新型up型两转一移并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含圆弧导轨的新型UP型两转一移并联机构，其能够用于五轴混联加工机床，反应速度快、性能优异、结构简单、加工制造容易。其包括固定基座、动平台固定基座和动平台之间通过第一支链、第二支链、第三支链连接，第一支链与第二支链结构一致，均为UPR支链，对称分布于第三支链两侧，第三支链为PcUPR支链。

Description

一种含圆弧导轨的新型UP型两转一移并联机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体的涉及一种能够用于五轴混联加工机床的含圆弧导轨的新型UP型两转一移并联机构。
背景技术
现有工业机器人多为串联式结构，各串联关节处独立驱动，结构简单、无耦合、控制容易、工作空间大。然而，由于串联机器人的开环结构形式，其末端负载能力较低，运动惯性大，且各关节间的误差及变形均会叠加，降低了机器人的精度。
与传统的串联式工业机器人相比，并联机器人具有精度高，刚度大，响应速度快，负载性能好等优点，目前已成为工业机器人领域的研究热点，并已成功应用于加工、自动化生厂线、运动模拟器等领域。与六自由度并联机器人相比，少自由度并联机器人具有低耦合度，易于模块化，加工制造方便等优点，越来越受到研究者的重视与青睐。与此同时，特定运动模式的UP型两转一移三自由度并联机器人，动平台具有大范围的移动能力，以该类少自由度并联机器人为主机构，串联两自由度A/C摆头组成的五自由度混联机器人，如Tricept机器人、TriVariant-A机器人等，已经成为应用广泛的五轴加工机床，在大型结构件的加工、切割等方面彰显出极高的应用价值。
现有的UP型两转一移三自由度并联机器人公布专利(如CN104384941A)，机构内部球铰链过多，结构较为复杂，加工装配精度难以保证，制造困难。此外，球铰链球头与球窝间由于动配合的关系不可避免的存在间隙，工艺误差及铰链运动时的摩擦会加剧间隙误差，降低机构的精度。因此，提出一种结构简单，单自由度运动副数少，加工性能好的新型三自由度并联机构很有必要。
发明内容
为了解决上述背景技术中的问题，本发明提供了一种含圆弧导轨的新型UP型两转一移并联机构，其能够用于五轴混联加工机床，反应速度快、性能优异、结构简单、加工制造容易。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种含圆弧导轨的新型UP型两转一移并联机构，其包括固定基座、动平台，其特征在于：所述固定基座和所述动平台之间通过第一支链、第二支链、第三支链连接，所述第一支链与第二支链结构一致，均为UPR支链，对称分布于所述第三支链两侧，所述第三支链为PcUPR支链。
其进一步特征在于：
所述第一支链一端通过第一移动副安装于第一万向副，所述第一万向副安装于所述固定基座，所述第一支链另一端通过第一转动副安装于所述动平台；所述第一万向副包括转动副一、转动副二，所述转动副一安装于所述固定基座，所述转动副二安装于转动副一，所述转动副一的转动轴线与所述转动副二的转动轴线始终垂直，所述第一移动副安装于所述转动副二，所述转动副二的转动轴线与所述第一移动副的移动轴线始终垂直，所述转动副二的转动轴线与所述第一转动副的转动轴线始终平行；
所述第二支链一端通过第二移动副安装于第二万向副，所述第二万向副安装于所述固定基座，所述第二支链另一端通过第二转动副安装于所述动平台；所述第二万向副包括转动副一、转动副二，所述转动副一安装于所述固定基座，所述转动副二安装于转动副一，所述转动副一的转动轴线与所述转动副二的转动轴线始终垂直，所述第二移动副安装于所述转动副二，所述转动副二的转动轴线与所述第二移动副的移动轴线始终垂直，所述转动副二的转动轴线与所述第二转动副的转动轴线始终平行；
所述第一万向副的转动副一的转动轴线与所述第二万向副的转动副一的转动轴线共轴，所述第一万向副的转动副二的转动轴线与所述第二万向副的转动副二的转动轴线平行，所述第一转动副的转动轴线与所述第二转动副的转动轴线平行；
所述第三支链一端通过第三移动副安装于第三万向副，所述第三万向副通过圆弧导轨移动副安装于所述固定基座，所述第三支链另一端通过第三转动副安装于所述动平台；所述第三万向副包括转动副一、转动副二，所述转动副一通过圆弧导轨移动副安装于所述固定基座，所述转动副二安装于转动副一，所述转动副一的转动轴线与所述转动副二的转动轴线始终垂直，所述第三移动副安装于所述转动副二，所述转动副二的转动轴线与所述第三移动副的移动轴线始终垂直，所述转动副二的转动轴线与所述第三转动副的转动轴线始终平行；
所述圆弧导轨移动副的圆弧中心线与所述第一万向副的转动副一的转动轴线、所述第二万向副的转动副一的转动轴线相交于交点；所述第三万向副的转动副一的转动轴线在初始位置下垂直于所述第一万向副的转动副一的转动轴线、所述第二万向副的转动副一的转动轴线，且始终经过所述交点；
所述第一移动副、所述第二移动副、所述第三移动副为驱动副，输入运动由电推杆实现。
本发明的有益效果为：本发明提出的新型UP型并联机构可实现空间两转动一移动运动，当移动副运动时，可实现动平台在空间内的两转动一移动三自由度的运动；第一万向副和第二万向副的转动副一均为靠近固定基座的连续转轴，具有结构简单，精度高，动态性能优异，控制容易等优点，该机构除第三支链存在一圆弧导轨移动副外，三条支链的结构完全一致，且不含球铰链，易于模块化以及加工制造，其可与两自由度A/C摆头串联组成五自由度混联加工机床。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图中：1固定基座；2第一支链；21第一万向副；22第一移动副；23第一转动副；3第二支链；31第二万向副；32第二移动副；33第二转动副；4第三支链；41第三万向副；44第三移动副；43第三转动副；44圆弧导轨移动副；5转动副一；6转动副二；7动平台。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。一种含圆弧导轨的新型UP型两转一移并联机构，其包括固定基座1、动平台7，其特征在于：固定基座1和动平台7之间通过第一支链2、第二支链3、第三支链4连接，第一支链2与第二支链3结构一致，均为UPR支链，对称分布于第三支链4两侧，第三支链4为PcUPR支链(其中，P代表移动副且为本机构的主动驱动副，U代表万向副，R代表转动副，Pc代表圆弧导轨移动副44)。
第一支链2一端通过第一移动副22安装于第一万向副21，第一万向副21安装于固定基座1，第一支链2另一端通过第一转动副23安装于动平台7；第一万向副21包括转动副一5、转动副二6，转动副一5安装于固定基座1，转动副二6安装于转动副一5，转动副一5的转动轴线与转动副二6的转动轴线始终垂直，第一移动副22安装于转动副二6，转动副二6的转动轴线与第一移动副22的移动轴线始终垂直，转动副二6的转动轴线与第一转动副23的转动轴线始终平行。
第二支链3一端通过第二移动副32安装于第二万向副31，第二万向副31安装于固定基座1，第二支链3另一端通过第二转动副33安装于动平台7；第二万向副31包括转动副一5、转动副二6，转动副一5安装于固定基座1，转动副二6安装于转动副一5，转动副一5的转动轴线与转动副二6的转动轴线始终垂直，第二移动副32安装于转动副二6，转动副二6的转动轴线与第二移动副32的移动轴线始终垂直，转动副二6的转动轴线与第二转动副33的转动轴线始终平行；第一万向副21的转动副一5的转动轴线与第二万向副31的转动副一5的转动轴线共轴，第一万向副21的转动副二6的转动轴线与第二万向副31的转动副二6的转动轴线平行，第一转动副23的转动轴线与第二转动副33的转动轴线平行。
第三支链4一端通过第三移动副42安装于第三万向副41，第三万向副41通过圆弧导轨移动副44安装于固定基座1，第三支链4另一端通过第三转动副43安装于动平台7；第三万向副41包括转动副一5、转动副二6，转动副一5通过圆弧导轨移动副44安装于固定基座1，转动副二6安装于转动副一5，转动副一5的转动轴线与转动副二6的转动轴线始终垂直，第三移动副42安装于转动副二6，转动副二6的转动轴线与第三移动副42的移动轴线始终垂直，转动副二6的转动轴线与第三转动副43的转动轴线始终平行；圆弧导轨移动副44的圆弧中心线与第一万向副21的转动副一5的转动轴线、第二万向副31的转动副一5的转动轴线相交于交点；第三万向副41的转动副一5的转动轴线在初始位置下垂直于第一万向副21的转动副一5的转动轴线、第二万向副31的转动副一5的转动轴线，且始终经过交点；第一移动副22、第二移动副32、第三移动副42为驱动副，输入运动由电推杆实现。
本发明的有益效果为：本发明提出的新型UP型并联机构可实现空间两转动一移动运动，当移动副运动时，可实现动平台7在空间内的两转动一移动三自由度的运动；第一万向副21和第二万向副31的转动副一5均为靠近固定基座1的连续转轴，具有结构简单，精度高，动态性能优异，控制容易等优点，该机构除第三支链4存在一圆弧导轨移动副44外，三条支链的结构完全一致，且不含球铰链，易于模块化以及加工制造，其可与两自由度A/C摆头串联组成五自由度混联加工机床。

Claims (3)

1.一种含圆弧导轨的新型UP型两转一移并联机构，其包括固定基座、动平台，其特征在于：所述固定基座和所述动平台之间通过第一支链、第二支链、第三支链连接，所述第一支链与第二支链结构一致，均为UPR支链，对称分布于所述第三支链两侧，所述第三支链为PcUP支链，其中Pc代表圆弧导轨移动副，所述第一支链一端通过第一移动副安装于第一万向副，所述第一万向副安装于所述固定基座，所述第一支链另一端通过第一转动副安装于所述动平台；所述第一万向副包括转动副一、转动副二，所述转动副一安装于所述固定基座，所述转动副二安装于转动副一，所述转动副一的转动轴线与所述转动副二的转动轴线始终垂直，所述第一移动副安装于所述转动副二，所述转动副二的转动轴线与所述第一移动副的移动轴线始终垂直，所述转动副二的转动轴线与所述第一转动副的转动轴线始终平行，所述第二支链一端通过第二移动副安装于第二万向副，所述第二万向副安装于所述固定基座，所述第二支链另一端通过第二转动副安装于所述动平台；所述第二万向副包括转动副一、转动副二，所述转动副一安装于所述固定基座，所述转动副二安装于转动副一，所述转动副一的转动轴线与所述转动副二的转动轴线始终垂直，所述第二移动副安装于所述转动副二，所述转动副二的转动轴线与所述第二移动副的移动轴线始终垂直，所述转动副二的转动轴线与所述第二转动副的转动轴线始终平行，所述第一万向副的转动副一的转动轴线与所述第二万向副的转动副一的转动轴线共轴，所述第一万向副的转动副二的转动轴线与所述第二万向副的转动副二的转动轴线平行，所述第一转动副的转动轴线与所述第二转动副的转动轴线平行，所述第三支链一端通过第三移动副安装于第三万向副，所述第三万向副通过圆弧导轨移动副安装于所述固定基座，所述第三支链另一端通过第三转动副安装于所述动平台；所述第三万向副包括转动副一、转动副二，所述转动副一通过圆弧导轨移动副安装于所述固定基座，所述转动副二安装于转动副一，所述转动副一的转动轴线与所述转动副二的转动轴线始终垂直，所述第三移动副安装于所述转动副二，所述转动副二的转动轴线与所述第三移动副的移动轴线始终垂直，所述转动副二的转动轴线与所述第三转动副的转动轴线始终平行。
2.根据权利要求1所述的一种含圆弧导轨的新型UP型两转一移并联机构，其特征在于：所述圆弧导轨移动副的圆弧中心线与所述第一万向副的转动副一的转动轴线、所述第二万向副的转动副一的转动轴线相交于交点；所述第三万向副的转动副一的转动轴线在初始位置下垂直于所述第一万向副的转动副一的转动轴线、所述第二万向副的转动副一的转动轴线，且始终经过所述交点。
3.根据权利要求2所述的一种含圆弧导轨的新型UP型两转一移并联机构，其特征在于：所述第一移动副、所述第二移动副、所述第三移动副为驱动副，输入运动由电推杆实现。
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