CN209207496U - 一种一维移动二维转动的并联机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一维移动二维转动的并联机构，包括定平台N、动平台M、两条支链，两条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成；所述定平台、动平台通过复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ连接，两条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动。本实用新型采用两条支链连接动平台和定平台来构建并联机构，该结构能实现空间一维平动和二维转动，是一种新型的并联机构。

Description

一种一维移动二维转动的并联机构

技术领域

本实用新型涉及一种一维移动二维转动的并联机构，属于并联机器人技术领域。

背景技术

并联机构有精度较高、运动惯性小、刚性高、结构稳定、工作空间较小、热变形量较小和容易求反解等优点，它可以改善串联机构很难突破的许多限制，因而并联机构引起了国内外学者广泛的研究，是当今极具前景的一类科研项目，但是三自由度的并联机构的研究成果依然不多，目前机构类型也存在结构复杂等缺点，为了增加该类型的机构并达到优选机构的目的，需要创新、综合出更多的一维移动和二维转动的三维并联机构，以达到特定场景中的特定作用，并将其运用于其他工业领域。

发明内容

本实用新型提供了一种一维移动二维转动的并联机构，通过一条复杂支链和一条简单支链连接动、定平台构成，能够实现空间一维移动和二维转动。

本实用新型的技术方案是：一种一维移动二维转动的并联机构，包括定平台N、动平台M、两条支链，两条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成；

所述定平台、动平台通过复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ连接，两条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动；

所述复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ结构互不相同，复杂支链Ⅰ对动平台M产生一维移动和二维转动的作用；

所述简单支链Ⅱ和复杂支链Ⅰ结构互不相同，简单支链Ⅱ为无约束支链；

所述两条支链的一端分别与定平台N连接，两条支链另一端分别与动平台M连接，两条支链互不相交。

所述复杂支链Ⅰ由一个具备一维平移与一维转动的子并联机构通过第七连接杆7串联一个固定在动平台M上的转动副R110而成。

所述子并联机构由简单支链a、简单支链b、简单支链c和子动平台P组成；子动平台P采用三角形结构；简单支链a、简单支链b和简单支链c的位置在支链不相交的条件下可经过平移任意交换；简单支链a、简单支链b和简单支链c一端与定平台N连接，简单支链a、简单支链b和简单支链c另一端与子动平台P连接，子动平台P与第七连接杆7连接。

所述简单支链a结构为：第一连接杆1的一端通过转动副R11与定平台N连接，第一连接杆1另一端通过转动副R12与第二连接杆2的一端连接，第二连接杆2另一端连接转动副R13，转动副R13与子并联机构的子动平台P连接；其中，转动副R11、转动副R12和转动副R13轴线平行，并且简单支链a中以转动副R11作为驱动副；简单支链a能由SOC｛-R‖R⊥P-｝支链替代；

所述简单支链b结构为：第三连接杆3的一端通过移动副P14与定平台N连接，第三连接杆3另一端通过转动副R15与第四连接杆4的一端连接，第四连接杆4另一端连接转动副R16，转动副R16与子并联机构的子动平台P连接；其中转动副R15与转动副R16的轴线相交于一点，移动副P14垂直于转动副R15的轴线方向，并且简单支链b中以移动副P14作为驱动副；

所述简单支链c结构为：第五连接杆5的一端通过转动副R17与定平台N连接，第五连接杆5另一端通过球副S18与第六连接杆6的一端连接，第六连接杆6的末端与球副S19连接，球副S19固连在子动平台P上；简单支链c中以转动副R17为驱动副；简单支链c能由SOC｛-S-P-S-｝支链替代；

所述移动副P14垂直于转动副R11的轴线方向；转动副R11平行于转动副R15轴线；复杂支链Ⅰ的转动副R110与转动副R11轴线不平行。

所述简单支链Ⅱ为无约束支链；简单支链Ⅱ的连接方式为：第九连接杆9的一端通过转动副R21与定平台N连接，第九连接杆9另一端通过球副S22与第十连接杆10的一端连接，第十连接杆10的末端与球副S23连接，球副S23固连在动平台M上；简单支链Ⅱ中以转动副R21为驱动副；或者简单支链Ⅱ采用SOC｛-S-P-S-｝支链替代。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用两条支链连接动平台和定平台来构建并联机构，该结构能实现空间一维平动和二维转动，是一种新型的并联机构。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中各标号为：N-定平台、M-动平台、P-子动平台、1-第一连接杆、2-第二连接杆、3-第三连接杆、4-第四连接杆、5-第五连接杆、6-第六连接杆、7-第七连接杆、9-第九连接杆、10-第十连接杆、Rij-转动副、Pij-移动副、Sij-球副、ij表示下标。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1所示，一种一维移动二维转动的并联机构，包括定平台N、动平台M、两条支链，两条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成；所述定平台、动平台通过复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ连接，两条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动；所述复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ结构互不相同，复杂支链Ⅰ对动平台M产生一维移动和二维转动的作用；所述简单支链Ⅱ和复杂支链Ⅰ结构互不相同，简单支链Ⅱ为无约束支链；所述两条支链的一端分别与定平台N连接，两条支链另一端分别与动平台M连接，两条支链互不相交（即复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ的连接位置在支链不相交的条件下可以任意变换；定平台、动平台在支链不相交的情况下可采用任意结构）。

进一步地，可以设置所述复杂支链Ⅰ由一个具备一维平移与一维转动的子并联机构通过第七连接杆7串联一个固定在动平台M上的转动副R110而成。

进一步地，可以设置所述子并联机构由简单支链a、简单支链b、简单支链c和子动平台P组成；子动平台P采用三角形结构；简单支链a、简单支链b和简单支链c的位置在支链不相交的条件下可经过平移任意交换；简单支链a、简单支链b和简单支链c一端与定平台N连接，简单支链a、简单支链b和简单支链c另一端与子动平台P连接，子动平台P与第七连接杆7连接。

进一步地，可以设置所述简单支链a结构为：第一连接杆1的一端通过转动副R11与定平台N连接，第一连接杆1另一端通过转动副R12与第二连接杆2的一端连接，第二连接杆2另一端连接转动副R13，转动副R13与子并联机构的子动平台P连接；其中，转动副R11、转动副R12和转动副R13轴线平行，并且简单支链a中以转动副R11作为驱动副；简单支链a能由SOC｛-R‖R⊥P-｝支链替代（即R13替换为P13，同时满足R11轴线与R12平行，R12轴线与P13垂直，其它连接关系不变，R表示转动副、S表示球副、P表示移动副）；

所述简单支链b结构为：第三连接杆3的一端通过移动副P14与定平台N连接，第三连接杆3另一端通过转动副R15与第四连接杆4的一端连接，第四连接杆4另一端连接转动副R16，转动副R16与子并联机构的子动平台P连接；其中转动副R15与转动副R16的轴线相交于一点，移动副P14垂直于转动副R15的轴线方向，并且简单支链b中以移动副P14作为驱动副；

所述简单支链c结构为：第五连接杆5的一端通过转动副R17与定平台N连接，第五连接杆5另一端通过球副S18与第六连接杆6的一端连接，第六连接杆6的末端与球副S19连接，球副S19固连在子动平台P上；简单支链c中以转动副R17为驱动副；简单支链c能由SOC｛-S-P-S-｝支链替代（即R17替换为S17，S18替换为P18）；

所述移动副P14垂直于转动副R11的轴线方向；转动副R11平行于转动副R15轴线；复杂支链Ⅰ的转动副R110与转动副R11轴线不平行。

进一步地，可以设置所述简单支链Ⅱ为无约束支链；简单支链Ⅱ的连接方式为：第九连接杆9的一端通过转动副R21与定平台N连接，第九连接杆9另一端通过球副S22与第十连接杆10的一端连接，第十连接杆10的末端与球副S23连接，球副S23固连在动平台M上；简单支链Ⅱ中以转动副R21为驱动副；或者简单支链Ⅱ采用SOC｛-S-P-S-｝支链替代（即R21替换为S21，S22替换为P22）。

本实用新型的工作原理是：

该机构中，复杂支链Ⅰ单独作用时限制动平台M的一个转动和两个移动，此时动平台具有一平移两转动（1T2R）运动；简单支链Ⅱ为无约束支链，不会对复杂支链Ⅰ的约束结果产生影响，故最终动平台M具有一平移两转动（1T2R）运动。

复杂支链Ⅰ的具体工作原理如下：复杂支链Ⅰ由一个子并联机构和一个转动副R110串联组成；子并联机构由简单支链a、简单支链b、简单支链c三条简单支链组成；a支链单独工作时，会使子动平台P在垂直于转动副R11轴线的平面内具有二维移动，在平行于转动副R11轴线方向具有一维移动；b支链单独工作时，会使子动平台P在平行于移动副P14的方向具有一维移动，在转动副R15和转动副R16的轴线组成的平面内具有二维转动；c支链为无约束支链，不对a、b支链的运动效果产生影响。综合子动平台P的移动方向时，因移动副P14垂直转动副R11，即移动副P14平行垂直于转动副R11的轴线方向的平面，故最终会得到平行于移动副P14方向的一维移动。综合子动平台P的转动方向时，因转动副R11平行于转动副R15，即转动副R11平行于转动副R15的轴线与转动副R16的轴线组成的平面，故最终会得到平行于转动副R11方向的转动；因此子动平台P会具有平行于移动副P14方向的一维移动和平行于转动副R11轴线方向的一维转动。串联转动副R110之后，因为转动副R11与转动副R110不平行，故将会产生二维转动。最终，复杂支链Ⅰ将会输出一平移两转动（1T2R）运动。

上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种一维移动二维转动的并联机构，其特征在于：包括定平台（N）、动平台（M）、两条支链，两条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ组成；

所述定平台（N）、动平台（M）通过复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ连接，两条支链的复合运动构成了动平台（M）的输出运动；

所述复杂支链Ⅰ和简单支链Ⅱ结构互不相同，复杂支链Ⅰ对动平台（M）产生一维移动和二维转动的作用；

所述简单支链Ⅱ和复杂支链Ⅰ结构互不相同，简单支链Ⅱ为无约束支链；

所述两条支链的一端分别与定平台（N）连接，两条支链另一端分别与动平台（M）连接，两条支链互不相交。

2.根据权利要求1所述的一维移动二维转动的并联机构，其特征在于：所述复杂支链Ⅰ由一个具备一维平移与一维转动的子并联机构通过第七连接杆（7）串联一个固定在动平台（M）上的转动副R110而成。

3.根据权利要求2所述的一维移动二维转动的并联机构，其特征在于：所述子并联机构由简单支链a、简单支链b、简单支链c和子动平台（P）组成；子动平台（P）采用三角形结构；简单支链a、简单支链b和简单支链c的位置在支链不相交的条件下可经过平移任意交换；简单支链a、简单支链b和简单支链c一端与定平台（N）连接，简单支链a、简单支链b和简单支链c另一端与子动平台（P）连接，子动平台（P）与第七连接杆（7）连接。

4.根据权利要求3所述的一维移动二维转动的并联机构，其特征在于：

所述简单支链a结构为：第一连接杆（1）的一端通过转动副R11与定平台（N）连接，第一连接杆（1）另一端通过转动副R12与第二连接杆（2）的一端连接，第二连接杆（2）另一端连接转动副R13，转动副R13与子并联机构的子动平台（P）连接；其中，转动副R11、转动副R12和转动副R13轴线平行，并且简单支链a中以转动副R11作为驱动副；简单支链a能由SOC｛-R‖R⊥P-｝支链替代；

所述简单支链b结构为：第三连接杆（3）的一端通过移动副P14与定平台（N）连接，第三连接杆（3）另一端通过转动副R15与第四连接杆（4）的一端连接，第四连接杆（4）另一端连接转动副R16，转动副R16与子并联机构的子动平台（P）连接；其中转动副R15与转动副R16的轴线相交于一点，移动副P14垂直于转动副R15的轴线方向，并且简单支链b中以移动副P14作为驱动副；

所述简单支链c结构为：第五连接杆（5）的一端通过转动副R17与定平台（N）连接，第五连接杆（5）另一端通过球副S18与第六连接杆（6）的一端连接，第六连接杆（6）的末端与球副S19连接，球副S19固连在子动平台（P）上；简单支链c中以转动副R17为驱动副；简单支链c能由SOC｛-S-P-S-｝支链替代；

所述移动副P14垂直于转动副R11的轴线方向；转动副R11平行于转动副R15轴线；复杂支链Ⅰ的转动副R110与转动副R11轴线不平行。

5.根据权利要求1所述的一维移动二维转动的并联机构，其特征在于：所述简单支链Ⅱ为无约束支链；简单支链Ⅱ的连接方式为：第九连接杆（9）的一端通过转动副R21与定平台（N）连接，第九连接杆（9）另一端通过球副S22与第十连接杆（10）的一端连接，第十连接杆（10）的末端与球副S23连接，球副S23固连在动平台（M）上；简单支链Ⅱ中以转动副R21为驱动副；或者简单支链Ⅱ采用SOC｛-S-P-S-｝支链替代。