CN209533384U - 具有3t、2t1r和1r2t运动模式的并联机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，包括定平台和动平台，定平台通过第一支链、第二支链和第三支链与动平台相连。本实用新型具有3T、2T1R和1R2T三种运动模式的并联机构，三条支链中分别与定平台和动平台连接的转动副构成万向铰，能够灵活运动，能够通过控制移动副和转动副能够使得该并联机构实现三移动(3T)、两移动一转动(2T1R转动轴线与移动平面垂直)、一转动两移动(1R2T移动平面与转动轴线平行的运动模式，从而使得本实用新型的并联机构使用于运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床等领域后，能够快速进行运动模式的变换，满足其复杂情况下的工作需求。
Description
技术领域
本实用新型属于机器人技术领域，涉及一种具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构。
背景技术
并联机器人机构为空间多自由度多环闭链形式。自上世纪八十年代以来，并联机构因其具有刚度高、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点而在虚拟轴机床、微动操作台、运动模拟器以及多维力传感器等行业领域获得广泛应用。并联机构具有2、3、4、5或6个自由度，目前，对6个自由度并联机构的研究较为全面和深入，但并联机构自由度的减少将使得机构结构更为简单，制造和控制成本相对较低，故在满足预期工作要求的情况下，少自由度并联机器人有其独特的优势。
具有多种运动模式的并联机构，在机构奇异位形下，具有运动分岔的特性，可以通过较少的驱动副和支链实现多种运动模式，从而适应多种不同的工作需要。并且这类机构的运动模式变换，不需要对机构进行重新组装，运动模式的变换速度快、过程简便。在运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床等领域需要有同时具有三移动(3T)、两移动一转动(2T1R转动轴线与移动平面垂直)、一转动两移动(1R2T转动轴线与移动平面平行)三种运动模式的并联结构来适应多种不同的运动方式，适应多种境况下的工作，简化整体的工作流程，但是目前市面上并无相关的同时具有三移动(3T)、两移动一转动(2T1R转动轴线与移动平面垂直)、一转动两移动(1R2T转动轴线与移动平面平行)三种运动模式的并联结构。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，解决了现有技术中并联机构结构单一的问题，能够满足运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床等领域复杂情况下工作需求。
本实用新型所采用的技术方案是，具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，包括定平台和动平台，定平台通过第一支链、第二支链和第三支链与动平台相连。
本实用新型的特点还在于：
动平台呈T字形，第一支链与动平台一个端口连接，第二支链与动平台的第二个端口连接，第三支链与动平台的第三个端口连接。
第一支链包括与定平台连接的转动副R11,转动副R11上连接有转动副R12，转动副R11与转动副R12形成万向铰；转动副R12上连接有第一连杆，第一连杆内套接有第二连杆，第二连杆上连接有驱动电机，第二连杆上连接有转动副R14，转动副R14上连接有转动副R15，转动副R14和转动副R15形成万向铰，转动副R15与动平台的一个端口连接。
第二支链包括与定平台固接的第一滑移杆，第一滑移杆上连接有第三连杆，第三连杆上连接有驱动电机，第三连杆能够沿着第一滑移杆滑移；第三连杆上连接有第四连杆，第四连杆能够沿着第三连杆滑移；第四连杆上连接有第七连杆，第七连杆包括相互固接的滑移杆和转动副R21，第七连杆的滑移杆与第四连杆套接，第七连杆的转动副R21上连接有转动副R22，且转动副R21和转动副R22形成万向铰；转动副R22与动平台连接。
第一滑移杆、第三连杆和第四连杆相互垂直。
第三连杆包括呈T字形连接的连杆和中空的滑杆，滑杆与第一滑移杆套接，第四连杆也包括呈T字形连接的连杆和中空的滑杆，第四连杆的滑杆与第三连杆的连杆套接；第七连杆的滑移杆与第四连杆的连杆套接。
第三支链包括与定平台连接的第二滑移杆，第二滑移杆上连接有第五连杆，第五连杆上连接有驱动电机，第五连杆能够沿着第二滑移杆的移动，第五连杆上连接有第六连杆，第六连杆能够沿着第五连杆的移动；第六连杆上连接有第八连杆，第八连杆包括中空的滑移杆和转动副R31，第八连杆的滑移杆与第六连杆套接，第八连杆的转动副R31上连接有转动副R32，转动副R31和转动副R32形成万向铰；转动副R32与动平台连接。
第二滑移杆、第五连杆和第六连杆相互垂直。
第五连杆包括连杆和中空的滑杆，第五连杆的滑杆与第二滑移杆套接，第六连杆也包括连杆和中空的滑杆，第六连杆的滑杆与第五连杆的连杆套接；第八连杆17的滑移杆与第六连杆16的连杆套接。
本实用新型的有益效果是
本实用新型具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，三条支链中分别与定平台和动平台连接的转动副构成万向铰，能够灵活运动，能够通过控制移动副和转动副能够使得该并联机构实现三移动(3T)、两移动一转动(2T1R转动轴线与移动平面垂直)、一转动两移动(1R2T移动平面与转动轴线平行)的运动模式，从而使得本实用新型的并联机构使用于运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床等领域后，能够快速进行运动模式的变换，满足其复杂情况下的工作需求。
附图说明
图1是本实用新型具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构具有1R2T运动模式时的位形示意图；
图2是本实用新型具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构具有2T2R瞬时自由度时的位形示意图；
图3是本实用新型具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构的2T1R运动模式渡位形示意图；
图4是本实用新型具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构具有3T1R瞬时自由度时位形示意图；
图5是本实用新型具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构具有3T运动模式时的位形示意图。
图中，1.定平台，2.动平台，3.转动副R11，4.转动副R12，5.第一连杆，6.第二连杆，7.转动副R14，8.转动副R15，9.第一滑移杆，10.第三连杆，11.第四连杆，12.第七连杆，13.转动副R22，14.第二滑移杆，15.第五连杆，16.第六连杆，17.第八连杆，18.转动副R32。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，如图1所示，包括定平台1和与定平台1通过第一支链、第二支链、第三支链连接的呈T字形的动平台2；
其中第一支链包括一定平台连接的转动副R113,转动副R113上连接有转动副R124，转动副R113与转动副R124形成万向铰；转动副R124上连接有第一连杆5，第一连杆5套接有第二连杆6，第二连杆6上连接有驱动电机，第二连杆6能沿着第一连杆5移动形成移动副P11，将移动副P11作为移动驱动副；第二连杆6上连接有转动副R147，转动副R147上连接有转动副R158，转动副R147和转动副R158形成万向铰，转动副R158与动平台2的一个端口连接。
第二支链包括与定平台1固接的第一滑移杆9，第一滑移杆9上连接有第三连杆10，第三连杆10包括呈T字形连接的连杆和中空的滑杆，滑杆与第一滑移杆9套接，第三连杆10能够沿着第一滑移杆9的滑移形成移动副P21，移动副P21上连接有移动驱动电机成为移动驱动副；第三连杆10上连接有第四连杆11，第四连杆11也包括呈T字形连接的连杆和中空的滑杆，第四连杆11的滑杆与第三连杆10的连杆套接，第四连杆11能够沿着第三连杆10滑移形成移动副P22；第一滑移杆9、第三连杆10和第四连杆11相互垂直。
第四连杆11上连接有第七连杆12，第七连杆12包括相互固接的滑移杆和转动副R21，第七连杆12的滑移杆与第四连杆11的连杆套接，第七连杆12能够沿第四连杆11的连杆滑移形成移动副P23，第七连杆12的转动副R21上连接有转动副R2213，且转动副R21和转动副R2213形成万向铰；转动副R2213与动平台2连接。
第三支链包括与定平台1连接的第二滑移杆14，第二滑移杆14上连接有第五连杆15，第五连杆15包括连杆和中空的滑杆，第五连杆15的滑杆与第二滑移杆14套接，第五连杆15能够沿着第二滑移杆14移动形成移动副P31，移动副P31上连接有驱动电机；第五连杆15上连接有第六连杆16，第六连杆16也包括连杆和中空的滑杆，第六连杆16的滑杆与第五连杆15的连杆套接，第六连杆16能够沿着第五连杆15移动形成移动副P32；第二滑移杆14、第五连杆15和第六连杆16相互垂直。移动副P32上连接有辅助移动驱动电机，该驱动电机在机构运动模式变换时工作。
第六连杆16上连接有第八连杆17，第八连杆17包括相互固接的中空的滑移杆和转动副R31，第八连杆17的滑移杆与第六连杆16的连杆套接，第八连杆17能够沿着第六连杆16的连杆滑移形成移动副P33，第八连杆17的转动副R31上连接有转动副R3218，转动副R31和转动副R3218形成万向铰；转动副R3218与动平台2的第三个端口连接。
第一滑移杆9与第二滑移杆14垂直设置。
在如图1所示的位形下，建立坐标系，以第三连杆10为x轴，以第二滑移杆14为Y轴，以第一滑移杆9为Z轴建立三维坐标系；在如图1所示的位形下，本实用新型的并联机构，转动副R113的转轴轴线与Y轴平行，转动副R124的转轴轴线与R113的转轴轴线垂直，移动驱动副P11的移动方向与转动副R124的转轴轴线垂直，转动副R147的转轴轴线与转动副R124的转轴轴线平行，转动副R158的转轴轴线与R147的转轴轴线垂直，此时本实用新型的并联机构具有1R2T运动模式。控制移动副P11伸长缩短、移动副P21向上向下移动、移动副P31向前后移动，可实现1R2T运动模式的控制。
将本实用新型的并联机构图1所示的机构位形进行变形，锁定移动副P11，锁定移动副P31，控制移动副P21向下运动，使得本实用新型的并联机构运动到图2所示的机构位形，转动副R124转轴轴线与转动副R2112的转轴轴线平行，此时，本实用新型的并联机构具有2R2T瞬时自由度。
控制移动副P31处于锁定状态，移动副P32处于锁定，控制驱动副P11沿移动方向收缩，控制移动副P21向上移动，使得本实用新型的并联机构处于如图3所示的结构位形下；图3的机构位形下，本实用新型的并联机构具有2T1R的运动模式。控制移动副P11伸长缩短、移动副P21向上向下移动移动副、P31向左右移动，可实现2T1R运动模式的控制。
控制移动副P11缩短、移动副P21向上移动、锁定移动副P31，使机构从图3所示机构位形下，运动到图4所示机构位形时，并联机构具有3T1R瞬时自由度，在如图4所示机构位形下，转动副R158的转轴轴线与转动副R113的转轴轴线平行，转动副R2213的转轴轴线沿Z轴方向。在如图4所示机构位形下，本实用新型的并联机构具有3T1R瞬时自由度。
控制移动副P11沿移动方向伸长，锁定移动副P31，控制移动副P32向左移动，控制移动副P21向下移动，使得本实用新型的并联机构处于图5所示位形。如图5所示的位形下，本实用新型的并联机构具有3T运动模式，控制移动副P11，移动驱动副P21，移动驱动副P31，可实现该运动模式下机构的控制。
本实用新型的并联机构，定平台1和动平台2通过三条支链连接，通过控制移动副和转动副能够使得该并联机构实现不同的运动模式，即包括三移动(3T)、两移动一转动(2T1R)、一转动两移动(1R2T)，能够适用到运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床，能够快速进行运动模式的变换，满足其复杂情况下的工作需求。
Claims (9)
1.具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，其特征在于，包括定平台(1)和动平台(2)，所述定平台(1)通过第一支链、第二支链和第三支链与动平台(2)相连。
2.根据权利要求1所述的具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，其特征在于，所述动平台(2)呈T字形，所述第一支链与动平台(2)一个端口连接，所述第二支链与动平台的第二个端口连接，所述第三支链与动平台(2)的第三个端口连接。
3.根据权利要求1所述的具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，其特征在于，所述第一支链包括一定平台连接的转动副R11(3),所述转动副R11(3)上连接有转动副R12(4)，所述转动副R11(3)与转动副R12(4)形成万向铰；所述转动副R12(4)上连接有第一连杆(5)，所述第一连杆(5)内套接有第二连杆(6)，所述第二连杆(6)上连接有驱动电机，第二连杆(6)能够沿着第一连杆(5)移动，所述第二连杆(6)上连接有转动副R14(7)，所述转动副R14(7)上连接有转动副R15(8)，所述转动副R14(7)和转动副R15(8)形成万向铰，所述转动副R15(8)与动平台(2)连接。
4.根据权利要求1所述的具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，其特征在于，所述第二支链包括与定平台(1)固接的第一滑移杆(9)，所述第一滑移杆(9)上连接有第三连杆(10)，所述第三连杆(10)上连接有驱动电机，所述第三连杆(10)能够沿着第一滑移杆(9)滑移；所述第三连杆(10)上连接有第四连杆(11)，所述第四连杆(11)能够沿着第三连杆(10)滑移；所述第四连杆(11)上连接有第七连杆(12)，第七连杆(12)包括相互固接的滑移杆和转动副R21，所述第七连杆(12)的滑移杆与第四连杆(11)套接，所述第七连杆(12)的转动副R21上连接有转动副R22(13)，且所述转动副R21和转动副R22(13)形成万向铰；所述转动副R22(13)与动平台(2)连接。
5.根据权利要求4所述的具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，其特征在于，所述第一滑移杆(9)、第三连杆(10)和第四连杆(11)相互垂直。
6.根据权利要求4所述的具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，其特征在于，所述第三连杆(10)包括呈T字形连接的连杆和中空的滑杆，所述滑杆与第一滑移杆(9)套接，所述第四连杆(11)也包括呈T字形连接的连杆和中空的滑杆，所述第四连杆(11)的滑杆与第三连杆(10)的连杆套接。
7.根据权利要求1所述的具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，其特征在于，所述第三支链包括与定平台(1)连接的第二滑移杆(14)，所述第二滑移杆(14)上连接有第五连杆(15)，所述第五连杆(15)上连接有驱动电机，所述第五连杆(15)能够沿着第二滑移杆(14)移动，所述第五连杆(15)上连接有第六连杆(16)，所述第六连杆(16)能够沿着第五连杆(15)的移动；所述第六连杆(16)上连接有第八连杆(17)，所述第八连杆(17)包括相互固接的中空的滑移杆和转动副R31，第八连杆(17)的滑移杆与第六连杆(16)套接，第八连杆(17)的转动副R31上连接有转动副R32(18)，所述转动副R31和转动副R32(18)形成万向铰；所述转动副R32(18)与动平台(2)连接。
8.根据权利要求7所述的具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，其特征在于，所述第二滑移杆(14)、第五连杆(15)和第六连杆(16)相互垂直。
9.根据权利要求7所述的具有3T、2T1R和1R2T运动模式的并联机构，其特征在于，所述第五连杆(15)包括连杆和中空的滑杆，所述第五连杆(15)的滑杆与第二滑移杆(14)套接，所述第六连杆(16)也包括连杆和中空的滑杆，所述第六连杆(16)的滑杆与第五连杆(15)的连杆套接；所述第八连杆(17)的滑移杆与第六连杆(16)的连杆套接。
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| CN113319831B (zh) * | 2021-07-16 | 2022-08-02 | 燕山大学 | 一种运动分岔三自由度并联机构 |
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