CN201799861U - 大载荷三转动并联机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种大载荷三转动并联机构，它由机架、动平台以及连接在机架与动平台之间的第一运动支链，第二运动支链和第三运动支链组成。其中的第一运动支链由第一移动副、第一球铰链和第二球铰链组成；第二运动支链由第二移动副、第三球铰链和第四球铰链组成，第三运动支链由转动副和万向铰链连接组成。上述第二球铰链、第四球铰链和万向铰链分别与动平台相连，并且第二球铰链位于万向铰链的一个转动轴的轴线上，第四球铰链位于万向铰链的另一个转动轴的轴线上。本实用新型具有解耦的三个转动自由度，转动自由度仅依赖运动支链的运动副的线性控制，实现原理非常简单，具有非常好的线性关系。
Description
技术领域
本实用新型涉及机床和工业机器人，尤其涉及一种用于并联结构虚轴数控机床和并联机器人的大载荷三转动并联机构。
背景技术
并联机构广泛应用于重载模拟设备、机器人、数控机床、传感器及微操作领域。然而，并联机构各驱动单元之间是耦合的，即并联机构整体输出平台(动平台)沿任一方向的运动都是所有驱动单元的运动合成，并且各驱动单元的运动与并联机构整体运动(即输入与输出)之间是非线性的。这一特性导致并联机构控制复杂，标定困难，且制约了精度的提高。因此，如何实现并联机构解耦，以简化控制和标定，提高运动精度，一直是一个困难而富有挑战性的课题。
运动解耦并联机器人是指输出运动的任一自由度都仅依赖单个驱动单元，其他驱动单元的动作不对此自由度产生影响。具有完全解耦的并联机构运动关系简单、标定简便、控制精度高、刚度大，在虚轴机床和机器人领域应用前景广阔。
中国专利文献CN101036986A报道了由动平台、固定平台及连接它们的四条闭环运动支链组成的两转动一移动并联机构，每条闭环支链含有一组对称结构的六杆球形机构，动平台和固定平台与每条支链用转动副连接。文献[XianwenKong，Clement M.Gosselin Type synthesis of input-output decoupled parallelmanipulators，Transactions of the CSME，Vol.28，Special Edition，2004]中报道了具有两移动一转动自由度的并联机构，由动平台、固定平台和串并联混搭的运动支链组成。文献[李惠良，金琼，杨廷力，一类一平移两转动解耦并联机构及其位移分析，机械制造与研究，Feb 2002，(1)：9-12，14]提出一种具有三角化解耦特性的两转动一移动并联机构，但输出自由度不完全由单个驱动器控制，仍属于部分解耦并联机构。
实用新型内容
本实用新型的目的，就是为了提供一种大载荷三转动并联机构，以克服现有技术中结构复杂、控制不便、运动精度低的缺陷。
为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种大载荷三转动并联机构，由机架、动平台以及连接在机架与动平台之间的第一运动支链，第二运动支链和第三运动支链组成；
所述的第一运动支链包括第一移动副、第一球铰链和第二球铰链，第一球铰链和第二球铰链分别连接在第一移动副的两端；所述的第一运动支链的一端通过第一球铰链与机架相连，另一端通过第二球铰链与动平台相连；
所述的第二运动支链包括第二移动副、第三球铰链和第四球铰链，第三球铰链和第四球铰链分别连接在第二移动副的两端；所述的第二运动支链的一端通过第三球铰链与机架相连，另一端通过第四球铰链与动平台相连；
所述的第三运动支链包括连接成一体的转动副和万向铰链；所述的第三运动支链的一端通过转动副与机架相连，另一端通过万向铰链与动平台相连；
所述的第二球铰链位于所述万向铰链的一个转动轴的轴线上，所述的第四球铰链位于所述万向铰链的另一个转动轴的轴线上。
所述的动平台上设有用于安装万向铰链的通孔，在该通孔的一条直径线上对称设有两个径向轴孔与该通孔连通；所述的万向铰链伸入上述通孔内，其中的一个转动轴安装在上述两个径向轴孔内。
本实用新型大载荷三转动并联机构由于采用了以上技术方案，使其与现有技术相比，具有以下的优点和特点：
1、具有解耦的三个转动自由度，转动自由度仅依赖运动支链的运动副的线性控制，实现原理非常简单，具有非常好的线性关系。
2、仅含少量运动副，结构简单、安装方便、转动惯量小，运动响应快。
3、运动解耦，基本单个输出自由度仅需要控制单个驱动单元，标定容易，控制简单，从而降低了开发成本。
附图说明
图1是本实用新型大载荷三转动并联机构的立体结构示意图；
图2是本实用新型中的动平台的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。附图所示为本实用新型的一个较佳实施例，本实用新型的技术方案不限于本实施例。
参见图1，配合参见图2，本实用新型大载荷三转动并联机构，由机架1、动平台2以及连接在机架与动平台之间的第一运动支链3，第二运动支链4和第三运动支链5组成。
其中的第一运动支链3包括第一移动副31、第一球铰链32和第二球铰链33，第一球铰链32和第二球铰链33分别连接在第一移动副31的两端；第一运动支链3的一端通过第一球铰链32与机架1相连，另一端通过第二球铰链33与动平台2相连。
其中的第二运动支链4包括第二移动副41、第三球铰链42和第四球铰链43，第三球铰链42和第四球铰链43分别连接在第二移动副41的两端；第二运动支链4的一端通过第三球铰链42与机架1相连，另一端通过第四球铰链43与动平台2相连。
其中的第三运动支链5包括连接成一体的转动副51和万向铰链52；第三运动支链5的一端通过转动副51与机架1相连，另一端通过万向铰链52与动平台2相连。
上述第二球铰链33位于上述万向铰链52的一个转动轴的轴线上，上述第四球铰链43位于上述万向铰链52的另一个转动轴的轴线上。
参见图2，本实用新型中的动平台2上设有用于安装万向铰链的通孔21，在该通孔的一条直径线上对称设有两个径向轴孔22、23与通孔21连通；万向铰链52伸入上述通孔21内，其中的一个转动轴安装在上述两个径向轴孔22、23内。
本实用新型大载荷三转动并联机构的工作原理如下：当第一移动副沿轴线伸长或缩短，而第二移动副、转动副不动时，第一运动支链驱动动平台绕万向铰链的一个轴线转动；当第二移动副沿轴线伸长或缩短，而第一移动副、转动副不动时，第二运动支链驱动动平台绕万向铰链的另一个轴线转动；当转动副沿轴线旋转，并且第一移动副、第二移动副也同时伸缩适当位移时，动平台在三个运动支链的共同作用下绕转动副的轴线旋转。
Claims (2)
1.一种大载荷三转动并联机构，由机架、动平台以及连接在机架与动平台之间的第一运动支链，第二运动支链和第三运动支链组成；其特征在于：
所述的第一运动支链包括第一移动副、第一球铰链和第二球铰链，第一球铰链和第二球铰链分别连接在第一移动副的两端；所述的第一运动支链的一端通过第一球铰链与机架相连，另一端通过第二球铰链与动平台相连；
所述的第二运动支链包括第二移动副、第三球铰链和第四球铰链，第三球铰链和第四球铰链分别连接在第二移动副的两端；所述的第二运动支链的一端通过第三球铰链与机架相连，另一端通过第四球铰链与动平台相连；
所述的第三运动支链包括连接成一体的转动副和万向铰链；所述的第三运动支链的一端通过转动副与机架相连，另一端通过万向铰链与动平台相连；
所述的第二球铰链位于所述万向铰链的一个转动轴的轴线上，所述的第四球铰链位于所述万向铰链的另一个转动轴的轴线上。
2.如权利要求1所述的大载荷三转动并联机构，其特征在于：所述的动平台上设有用于安装万向铰链的通孔，在该通孔的一条直径线上对称设有两个径向轴孔与该通孔连通；所述的万向铰链伸入上述通孔内，其中的一个转动轴安装在上述两个径向轴孔内。
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2010
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