CN208930244U - 一种空间三自由度冗余驱动并联机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空间三自由度冗余驱动并联机构，包括机架、运动平台、转轴架、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链；所述运动平台经第二支链、第四支链与转轴架连接在一起，所述转轴架设置在机架内，并通过轴架转动副与机架相连接；所述运动平台经第一支链、第三支链与机架连接在一起；所述第一支链为RPS型运动支链，所述第二支链为UPR型运动支链，所述第三支链为RPS型运动支链，所述第四支链为UPR型运动支链，实现运动平台相对机架2R1T三自由度的运动输出，该实用新型具有结构紧凑，承载能力大、精度高、模块化程度高等特点。

Description

一种空间三自由度冗余驱动并联机构

技术领域

本实用新型涉及一种空间三自由度冗余驱动并联机构。

背景技术

少自由度并联机构，特别是具有两转动一平动（2R1T）的三自由度并联机构，凭借其结构简单、紧凑、易于实现控制以及制造成本相对较低等优点，已然成为机器人领域的一大研究热点。鉴于2R1T并联机构所具有良好的定位精度、结构刚度、加工性能以及动力学性能，大量的五自由度混联机器人采用了这类机构串接具有两自由度转动头或两自由度x-y移运动平台的设计方案，其中最具代表性的有：专利WO2006054935中提出的Exechon机构、专利US4732525中提出的Tricept机构、专利CN1524662A中提出的TriVariant机构等。

在这些2R1T并联机构中，机构刚度和灵巧度低，机构较为复杂，而且运动构件数较多，维护成本高，操作复杂、繁琐。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种空间三自由度冗余驱动并联机构。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种空间三自由度冗余驱动并联机构，包括机架、运动平台、转轴架、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链；所述运动平台经第二支链、第四支链与转轴架连接在一起，所述转轴架设置在机架内，并通过轴架转动副与机架相连接；所述运动平台经第一支链、第三支链与机架连接在一起；所述第一支链为RPS型运动支链，所述第二支链为UPR型运动支链，所述第三支链为RPS型运动支链，所述第四支链为UPR型运动支链；自机架到运动平台，第一支链、第三支链相继分布有与机架连接的转动副、与转动副连接的移动副、与运动平台连接的球副；第二支链、第四支链相继分布有与转轴架相连接的虎克铰、与虎克铰相连接移动副、与运动平台连接的球副。

进一步的，所述第一支链包含第一转动副、第一移动副以及第一球副，所述第一转动副与机架相连接，所述第一移动副作为机构的主动运动副，所述第一球副与运动平台相连接，组成RPS型运动支链；

所述第二支链包含第二转动副、第二移动副以及第三转动副，所述第二转动副与转轴架相连接，构成第一虎克铰，所述第二移动副作为机构的主动运动副，所述第三转动副与运动平台相连接，组成UPR型运动支链；

所述第三支链包含第四转动副、第三移动副以及第二球副，所述第四转动副与机架相连接，所述第三移动副作为机构的主动运动副，所述第二球副与运动平台相连接，组成RPS型运动支链；

所述第四支链包含第五转动副、第四移动副以及第六转动副，所述第五转动副与转轴架相连接，构成第二虎克铰,所述第四移动副作为机构的主动运动副，所述第六转动副与运动平台相连接，组成UPR型运动支链。

进一步的，所述第一移动副、第二移动副、第三移动副以及第四移动副均采用丝杠滑台；

所述第一移动副包含第一滑块、第一丝杠、与第一滑块相配合的第一直线导轨、第一连杆以及驱动第一丝杠的第一伺服电机，所述第一滑块作为第一移动副的承导件，所述第一滑块固定连接在第一转动副上，所述第一直线导轨作为第一移动副的运动件，固定连接在所述第一连杆，第一球副安装在第一连杆一端，第一伺服电机安装在第一连杆另一端，第一丝杠安装在第一连杆上并与第一直线导轨平行，第一丝杠一端经联轴器连接第一伺服电机输出轴，第一丝杠上套设有与其螺纹配合的第一螺母，第一螺母固定连接在第一转动副上；当第一伺服电机工作，由于所述第一转动副与机架相连接，所述第一滑块不能相对机架发生移动，所述第一丝杠带动第一连杆相对第一滑块发生移动，从而所述第一支链相对机架发生移动；

所述第二移动副包含第二滑块、第二丝杠、与第二滑块相配合的第二直线导轨、第二连杆以及驱动第二丝杠的第二伺服电机，所述第二滑块作为第二移动副的承导件，所述第二滑块固定连接在第二转动副上，所述第二直线导轨作为第二移动副的运动件，固定连接在所述第二连杆，第三转动副安装在第二连杆一端，第二伺服电机安装在第二连杆另一端，第二丝杠安装在第二连杆上并与第二直线导轨平行，第二丝杠一端经联轴器连接第二伺服电机输出轴，第二丝杠上套设有与其螺纹配合的第二螺母，第二螺母固定连接在第二转动副上；当第二伺服电机工作，由于所述第二转动副与转轴架相连接构成第一虎克铰，转轴架与机架相连接，所述第二滑块不能相对机架发生移动，所述第二丝杠带动第二连杆相对第二滑块发生移动，从而所述第二支链相对机架发生移动；

所述第三移动副包含第三滑块、第三丝杠、与第三滑块相配合的第三直线导轨、第三连杆以及驱动第三丝杠的第三伺服电机，所述第三滑块作为第三移动副的承导件，所述第三滑块固定连接在第四转动副上，所述第三直线导轨作为第三移动副的运动件，固定连接在所述第三连杆，第二球副安装在第三连杆一端，第三伺服电机安装在第三连杆另一端，第三丝杠安装在第三连杆上并与第三直线导轨平行，第三丝杠一端经联轴器连接第三伺服电机输出轴，第三丝杠上套设有与其螺纹配合的第三螺母，第三螺母固定连接在第三转动副上；当第三伺服电机工作，由于所述第三转动副与机架相连接，所述第三滑块不能相对机架发生移动，所述第三丝杠带动第三连杆相对第三滑块发生移动，从而所述第三支链相对机架发生移动；

所述第四移动副包含第四滑块、第四丝杠、与第四滑块相配合的第四直线导轨、第四连杆以及驱动第四丝杠的第四伺服电机，所述第四滑块作为第四移动副的承导件，所述第四滑块固定连接在第五转动副上，所述第四直线导轨作为第四移动副的运动件，固定连接在所述第四连杆，第六转动副安装在第四连杆一端，第四伺服电机安装在第四连杆另一端，第四丝杠安装在第四连杆上并与第四直线导轨平行，第四丝杠一端经联轴器连接第四伺服电机输出轴，第四丝杠上套设有与其螺纹配合的第四螺母，第四螺母固定连接在第四转动副上；当第四伺服电机工作，由于所述第四转动副与转轴架相连接构成第一虎克铰，转轴架与机架相连接，所述第四滑块不能相对机架发生移动，所述第四丝杠带动第四连杆相对第四滑块发生移动，从而所述第四支链相对机架发生移动。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：实现运动平台相对机架2R1T三自由度的运动输出；结构紧凑，具有四条运动支链，冗余约束的方式有利于机构整体刚度的提高；承载能力大、精度高模块化程度高，既可以作为独立运动模块实现2R1T动作，通过运运动平台串接不同形式的末端执行器实现多种作业，在高速、精密以及高刚度加工领域都有着广泛的应用前景。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的构造示意图；

图2为本实用新型实施例中转轴架的构造示意图；

图3为本实用新型实施例中第一支链的构造示意图；

图4为本实用新型实施例中第二支链的构造示意图；

图5为本实用新型实施例中第三支链的构造示意图；

图6为本实用新型实施例中第四支链的构造示意图。

图中：

1-第一支链；101-第一滑块；102-第一丝杠；103-第一直线导轨；104-第一连杆；105-第一伺服电机；2-第二支链；201-第二滑块；202-第二丝杠；203-第二直线导轨；204-第二杆；205-第二伺服电机；3-第三支链；301-第三滑块；302-第三丝杠；303-第三线导轨；304-第三连杆；305-第三伺服电机；4-第四支链；401-第四滑块；402-第四丝杠；403-第四线导轨；404-第四连杆；405-第四服电机；5-运动平台；6-机架；7-转轴架；P1-第一移动副；P2-第二移动副；P3-第三移动副；P4-第四移动副；R1-第一转动副；R2-第二转动副；R3-第三转动副；R4-第四转动副；R5-第五转动副；R6-第六转动副；R7-轴架转动副；S1-第一球副；S2-第二球副。

具体实施方式

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1-6所示，一种空间三自由度冗余驱动并联机构，包括机架、运动平台、转轴架、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链；所述运动平台经第二支链、第四支链与转轴架连接在一起，所述转轴架设置在机架内，并通过轴架转动副与机架相连接；所述运动平台经第一支链、第三支链与机架连接在一起；所述第一支链为RPS型运动支链，所述第二支链为UPR型运动支链，所述第三支链为RPS型运动支链，所述第四支链为UPR型运动支链；自机架到运动平台，第一支链、第三支链相继分布有与机架连接的转动副、与转动副连接的移动副、与运动平台连接的球副；第二支链、第四支链相继分布有与转轴架相连接的虎克铰、与虎克铰相连接移动副、与运动平台连接的球副，根据并联机构运动机理，该并联机构的拓扑构型为2UPR2RPS。

在本实施例中，转轴架临近第二支链、第四支链的两端的外端中部经轴架转动副与机架相连接。

在本实施例中，所述第一支链包含第一转动副、第一移动副以及第一球副，所述第一转动副与机架相连接，所述第一移动副作为机构的主动运动副，所述第一球副与运动平台相连接，组成RPS型运动支链；

所述第二支链包含第二转动副、第二移动副以及第三转动副，所述第二转动副与转轴架相连接，构成第一虎克铰，所述第二移动副作为机构的主动运动副，所述第三转动副与运动平台相连接，组成UPR型运动支链；

所述第三支链包含第四转动副、第三移动副以及第二球副，所述第四转动副与机架相连接，所述第三移动副作为机构的主动运动副，所述第二球副与运动平台相连接，组成RPS型运动支链；

所述第四支链包含第五转动副、第四移动副以及第六转动副，所述第五转动副与转轴架相连接，构成第二虎克铰,所述第四移动副作为机构的主动运动副，所述第六转动副与运动平台相连接，组成UPR型运动支链。

在本实施例中，所述第一移动副、第二移动副、第三移动副以及第四移动副均采用丝杠滑台；

所述第一移动副包含第一滑块、第一丝杠、与第一滑块相配合的第一直线导轨、第一连杆以及驱动第一丝杠的第一伺服电机，所述第一滑块作为第一移动副的承导件，所述第一滑块固定连接在第一转动副上，所述第一直线导轨作为第一移动副的运动件，固定连接在所述第一连杆，第一球副安装在第一连杆一端，第一伺服电机安装在第一连杆另一端，第一丝杠安装在第一连杆上并与第一直线导轨平行，第一丝杠一端经联轴器连接第一伺服电机输出轴，第一丝杠上套设有与其螺纹配合的第一螺母，第一螺母固定连接在第一转动副上；当第一伺服电机工作，由于所述第一转动副与机架相连接，所述第一滑块不能相对机架发生移动，所述第一丝杠带动第一连杆相对第一滑块发生移动，从而所述第一支链相对机架发生移动；

所述第二移动副包含第二滑块、第二丝杠、与第二滑块相配合的第二直线导轨、第二连杆以及驱动第二丝杠的第二伺服电机，所述第二滑块作为第二移动副的承导件，所述第二滑块固定连接在第二转动副上，所述第二直线导轨作为第二移动副的运动件，固定连接在所述第二连杆，第三转动副安装在第二连杆一端，第二伺服电机安装在第二连杆另一端，第二丝杠安装在第二连杆上并与第二直线导轨平行，第二丝杠一端经联轴器连接第二伺服电机输出轴，第二丝杠上套设有与其螺纹配合的第二螺母，第二螺母固定连接在第二转动副上；当第二伺服电机工作，由于所述第二转动副与转轴架相连接构成第一虎克铰，转轴架与机架相连接，所述第二滑块不能相对机架发生移动，所述第二丝杠带动第二连杆相对第二滑块发生移动，从而所述第二支链相对机架发生移动；

所述第三移动副包含第三滑块、第三丝杠、与第三滑块相配合的第三直线导轨、第三连杆以及驱动第三丝杠的第三伺服电机，所述第三滑块作为第三移动副的承导件，所述第三滑块固定连接在第四转动副上，所述第三直线导轨作为第三移动副的运动件，固定连接在所述第三连杆，第二球副安装在第三连杆一端，第三伺服电机安装在第三连杆另一端，第三丝杠安装在第三连杆上并与第三直线导轨平行，第三丝杠 一端经联轴器连接第三伺服电机输出轴，第三丝杠上套设有与其螺纹配合的第三螺母，第三螺母固定连接在第三转动副上；当第三伺服电机工作，由于所述第三转动副与机架相连接，所述第三滑块不能相对机架发生移动，所述第三丝杠带动第三连杆相对第三滑块发生移动，从而所述第三支链相对机架发生移动；

所述第四移动副包含第四滑块、第四丝杠、与第四滑块相配合的第四直线导轨、第四连杆以及驱动第四丝杠的第四伺服电机，所述第四滑块作为第四移动副的承导件，所述第四滑块固定连接在第五转动副上，所述第四直线导轨作为第四移动副的运动件，固定连接在所述第四连杆，第六转动副安装在第四连杆一端，第四伺服电机安装在第四连杆另一端，第四丝杠安装在第四连杆上并与第四直线导轨平行，第四丝杠一端经联轴器连接第四伺服电机输出轴，第四丝杠上套设有与其螺纹配合的第四螺母，第四螺母固定连接在第四转动副上；当第四伺服电机工作，由于所述第四转动副与转轴架相连接构成第一虎克铰，转轴架与机架相连接，所述第四滑块不能相对机架发生移动，所述第四丝杠带动第四连杆相对第四滑块发生移动，从而所述第四支链相对机架发生移动。

在本实施例中，所述第一移动副、第二移动副、第三移动副、第四移动副的共同作用下，唯一确定运动平台一个位姿，从而实现运动平台相对机架两转动与一平动的动作。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可以得出其他各种形式的一种空间三自由度冗余驱动并联机构。凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种空间三自由度冗余驱动并联机构，其特征在于：包括机架、运动平台、转轴架、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链；所述运动平台经第二支链、第四支链与转轴架连接在一起，所述转轴架设置在机架内，并通过轴架转动副与机架相连接；所述运动平台经第一支链、第三支链与机架连接在一起；所述第一支链为RPS型运动支链，所述第二支链为UPR型运动支链，所述第三支链为RPS型运动支链，所述第四支链为UPR型运动支链；自机架到运动平台，第一支链、第三支链相继分布有与机架连接的转动副、与转动副连接的移动副、与运动平台连接的球副；第二支链、第四支链相继分布有与转轴架相连接的虎克铰、与虎克铰相连接移动副、与运动平台连接的球副。

2.根据权利要求1所述的一种空间三自由度冗余驱动并联机构，其特征在于：

所述第一支链包含第一转动副、第一移动副以及第一球副，所述第一转动副与机架相连接，所述第一移动副作为机构的主动运动副，所述第一球副与运动平台相连接，组成RPS型运动支链；

所述第二支链包含第二转动副、第二移动副以及第三转动副，所述第二转动副与转轴架相连接，构成第一虎克铰，所述第二移动副作为机构的主动运动副，所述第三转动副与运动平台相连接，组成UPR型运动支链；

所述第三支链包含第四转动副、第三移动副以及第二球副，所述第四转动副与机架相连接，所述第三移动副作为机构的主动运动副，所述第二球副与运动平台相连接，组成RPS型运动支链；

所述第四支链包含第五转动副、第四移动副以及第六转动副，所述第五转动副与转轴架相连接，构成第二虎克铰,所述第四移动副作为机构的主动运动副，所述第六转动副与运动平台相连接，组成UPR型运动支链。