CN114888779A - 一种支链内含闭环子链的运动冗余并联机构 - Google Patents

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柴馨雪
李秦川
陈巧红
叶伟
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base

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Abstract

本发明涉及机器人技术领域。目的是提供一种支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，该并联机构应具有工作空间大、灵活度高的特点。技术方案是：一种支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，包括机架、动平台以及分别并联在机架和动平台之间的三条支链；其特征在于：三条支链结构相同；每条支链均包括依序连接在机架和动平台之间的第一转动副、连接块、复合转动副、移动副、第二转动副、第二连杆、球副、第三连杆和第四转动副；每条支链还包括第一连杆；所述第一连杆的一端通过第三转动副铰接在第二连杆的中部，另一端通过所述复合转动副与连接块铰接。

Description

一种支链内含闭环子链的运动冗余并联机构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体是一种支链内含闭环子链的运动冗余并联机构。
背景技术
相较于串联机构，并联机构在精度、刚度、动态特性等方面有独特的优势，因此得到了广泛的应用。其中重要的一类是六自由度并联机构，具有输出三个移动和三个转动的能力，在运动模拟、医疗康复领域有很好的应用前景。
并联机构中的支链数目通常与自由度数相同，这样可在每条支链内部安排一个驱动，从而完全控制动平台的运动。这样的设计导致支链引入的约束多，机构的工作空间受限。在支链内部设计闭环子链，减少支链数目是提高并联机构工作空间的有效途径。另一方面，引入运动冗余自由度可显著地提高并联机构的灵活度。然而，现有的能输出三个移动和三个转动的并联机构(CN106903673B，CN104608118B)缺乏运动冗余自由度，灵活度受限。因此，提出一种支链内含闭环子链的运动冗余并联机构很有必要。
发明内容
本发明的目的是克服背景技术存在的不足，提供一种支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，该并联机构应具有工作空间大、灵活度高的特点。
本发明提供的技术方案是：
一种支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，包括机架、动平台以及分别并联在机架和动平台之间的三条支链；其特征在于：
三条支链结构相同；每条支链均包括依序连接在机架和动平台之间的第一转动副、连接块、复合转动副、移动副、第二转动副、第二连杆、球副、第三连杆和第四转动副；
每条支链还包括第一连杆；所述第一连杆的一端通过第三转动副铰接在第二连杆的中部，另一端通过所述复合转动副与连接块铰接。
所述复合转动副的轴线、第二转动副的轴线以及第三转动副的轴线相互平行且均垂直于移动副的轴线。
所述复合转动副的轴线垂直于第一转动副的轴线。
三条支链中，三个第四转动副的轴线相互平行。
所述移动副由配合连接并可相对滑动的移动副外筒和移动副导杆组成。
每条支链中分别设置有三个驱动副；所述驱动副为第一转动副、移动副和第二转动副。
移动副的驱动方式选用电机带动的滚珠丝杠驱动；转动副的驱动选用伺服减速电机驱动。
本发明的有益效果是：
本发明的并联机构采用运动冗余并联机构，可实现动平台的三个移动和三个转动，具有工作空间大、灵活度高的优点，适合在运动模拟、医疗康复等领域进行应用。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
附图标号：
1、机架；
1A、第一转动副；1B、连接块；1C、复合转动副；1D、移动副外筒；1E、移动副导杆；1F、第二转动副；1G、第一连杆；1H、第三转动副；1I、第二连杆；1J、球副；1K、第三连杆；1L、第四转动副；
2、动平台。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
如图1所示的支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，包括机架1、动平台2以及并联连接在机架与动平台之间的三条支链；三条支链结构相同。所述支链包括第一转动副1A、连接块1B、复合转动副1C、移动副、第二转动副1F、第一连杆1G、第三转动副1H、第二连杆1I、球副1J、第三连杆1K和第四转动副1L。其中，移动副由配合连接的移动副外筒1D和移动副导杆1E组成，移动副导杆可沿移动副外筒的长度方向滑动。
所述第一转动副、连接块、复合转动副、移动副外筒、移动副导杆、第二转动副、第二连杆、球副、第三连杆和第四转动副依序连接在机架和动平台之间。所述第一连杆的一端通过第三转动副铰接在第二连杆的中部，另一端通过所述复合转动副与连接块的一端铰接，使得移动副外筒、移动副导杆、第一连杆和第二连杆形成闭环子链。显然，所述复合转动副中的铰接轴同时与连接块的一端、移动副外筒以及第一连杆的另一端铰接。
所述复合转动副的轴线、第二转动副的轴线以及第三转动副的轴线相互平行且均垂直于移动副的轴线。
所述复合转动副的轴线垂直于第一转动副的轴线。
三条支链中，三个第四转动副的轴线相互平行。
本实施例中，每条支链中分别要设置三个驱动副，驱动副可选取第一转动副、移动副以及第二转动副。移动副的驱动方式可选用电机带动的滚珠丝杠驱动；转动副的驱动方式可选用伺服减速电机驱动。工作时，三条支链分别在各自驱动副的驱使下，可带动动平台实现三转动三移动的运动，工作空间大、灵活度高，适合推广应用。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，包括机架(1)、动平台(2)以及分别并联在机架和动平台之间的三条支链；其特征在于：
三条支链结构相同；每条支链均包括依序连接在机架和动平台之间的第一转动副(1A)、连接块(1B)、复合转动副(1C)、移动副、第二转动副(1F)、第二连杆(1I)、球副(1J)、第三连杆(1K)和第四转动副(1L)；
每条支链还包括第一连杆(1G)；所述第一连杆的一端通过第三转动副(1H)铰接在第二连杆的中部，另一端通过所述复合转动副与连接块铰接。
2.根据权利要求1所述的支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，其特征在于：所述复合转动副的轴线、第二转动副的轴线以及第三转动副的轴线相互平行且均垂直于移动副的轴线。
3.根据权利要求2所述的支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，其特征在于：所述复合转动副的轴线垂直于第一转动副的轴线。
4.根据权利要求3所述的支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，其特征在于：三条支链中，三个第四转动副的轴线相互平行。
5.根据权利要求4所述的支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，其特征在于：所述移动副由配合连接并可相对滑动的移动副外筒(1D)和移动副导杆(1E)组成。
6.根据权利要求5所述的支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，其特征在于：每条支链中分别设置有三个驱动副；所述驱动副为第一转动副、移动副和第二转动副。
7.根据权利要求6所述的支链内含闭环子链的运动冗余并联机构，其特征在于：移动副的驱动方式选用电机带动的滚珠丝杠驱动；转动副的驱动选用伺服减速电机驱动。
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