CN101767335A

CN101767335A - 二平动一转动部分解耦并联机构

Info

Publication number: CN101767335A
Application number: CN200910231054A
Authority: CN
Inventors: 陈原; 杜清府
Original assignee: Shandong University Weihai
Current assignee: Shandong University Weihai
Priority date: 2009-12-20
Filing date: 2009-12-20
Publication date: 2010-07-07

Abstract

一种二平动一转动部分解耦并联机构，涉及工业机器人领域三自由度并联机构，定平台上方设有动平台，动平台上方设有末端执行器，定平台经三个相异分支连接动平台，第一个分支上设有转动副，第一个分支与定平台相连接的运动副为转动副，第一个分支中与动平台相连接的运动副为万向铰或球副；第二个分支中与定平台相连接的运动副为转动副，第二个分支中与动平台相连接的运动副为万向铰或球副；第三个分支由具有空间六自由度的支链组成，第三个分支上设有移动副，第三个分支与定平台相连接的运动副为万向铰，第三个分支与动平台相连接的运动副为球副，第三个分支中的移动副、球副和万向铰连接成UPS支链，适用于机床、机器人等。

Description

二平动一转动部分解耦并联机构

技术领域

本发明属于工业机器人领域三自由度并联机构，具体讲是一种二平动一转动部分解耦并联机构。

背景技术

并联机构是指动平台与定平台之间由两个或两个以上分支相连，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的机构。并联机构由于具有刚度大、承载能力强、误差累积小、动态性能好、结构紧凑等优点，近年来被广泛应用于众多技术领域。早期的并联机构通常是6自由度的Stewart并联机构，该机构的动平台与定平台之间以六个分支相连，每个分支两端是两个球铰，中间是一移动副。驱动副推动移动副作相对移动，改变分支的长度，使动平台的位置和姿态变化。Stewart并联机构有工作空间小、运动正解困难、结构复杂等缺点。为了克服6自由度并联机构的这些缺点，近年来许多研究人员把注意力转向了少自由度并联机构。具有二平动和一转动的三自由度并联机构在工业中应用比较广泛。现有的具有二平动和一转动的三自由度并联机构大多结构复杂，制造成本高，实用性差，如国家知识产权局2005年3月2日公开了名称为一种可用于虚轴数控机床、机器人的两平移一转动三自由度并联机构，专利申请号为200410064955.X的发明专利申请，其中一条支路由一个移动副和垂直于该移动副的平行四边形回路组成。又如国家知识产权局2008年3月19日公开了名称为无耦合二移动一转动三自由度空间并联机构，专利申请号为200710054854.8的发明专利申请。这些并联机构，结构复杂，运动副空间位置复杂，从而使该机构制造成本高，实用性差。另外，大部分并联机构各驱动单元之间是耦合的，即并联机构的动平台沿任一方向的运动都是由所有驱动单元的运动合成的，并且并联机构的输入与输出之间是非线性的，这些导致了并联机构控制复杂，标定困难，输出精度差。

发明内容

本发明解决的技术问题是，为了解决二平动一转动并联机构的结构复杂、运动副空间位置复杂以及输入输出间相耦合等问题，提供一种刚度高，非对称结构，动平台的转动解耦，易于控制，动态性能好的二平动一转动部分解耦并联机构。

本发明的技术方案是，定平台上方设有动平台，动平台上方设有末端执行器，主要结构特点是，定平台经三个相异分支连接动平台，第一个分支上设有中间运动副，中间运动副为转动副，第一个分支与定平台直接相连接的运动副为转动副，第一个分支中与动平台直接相连接的运动副为万向铰或球副；第二个分支中与定平台直接相连接的运动副为转动副，第二个分支中与动平台直接相连接的运动副为万向铰或球副；第三个分支由具有空间六自由度的支链组成，第三个分支上设有中间运动副，中间运动副为移动副，第三个分支与定平台直接相连接的运动副为万向铰，第三个分支与动平台直接相连接的运动副为球副，第三个分支中的移动副、球副和万向铰连接成UPS支链。

本发明第一个分支中的两个转动副的轴线平行于第二个分支中的转动副的轴线。

在本发明中，如果第一个分支和第二个分支中的与动平台直接相连接的运动副都为万向铰，则第一个分支中的万向铰的一个轴线平行于第二个分支中的万向铰的一个轴线，且它们平行于这两个分支中的所有转动副的轴线，而这两个万向铰的另一个轴线同轴。

在本发明中，如果第一个分支和第二个分支中的与动平台直接相连接的都为球副，则第一个分支中的球副的球心与第二个分支中的球副的球心之间的连线垂直于这两个分支中的所有转动副的轴线。

在本发明中，如果第一和第二个分支中与动平台直接相连接的运动副一个为球副，另一个为万向铰，则万向铰的一个轴线通过该球副的球心，另一个轴线平行这两个分支中的所有转动副的轴线。

本发明的有益效果是，采用非对称的支链结构，因而工作空间比对称的并联机构大，第一个分支和第二个分支构成了平面二自由度的铰链机构，能实现复杂的平面运动，第三个分支能实现动平台转动，动平台的转动与平动之间解耦，控制简单，标定容易，易于控制，动态性能好，既能作复杂的平面运动，又能绕该平面中的某个轴线转动，如烹饪机器人的锅具运动，翻锅需要锅具在平面内做复杂的平面运动，倾锅需要锅具绕平面内的某个轴线转动，以倾倒出烹饪好的菜肴，具有高刚度、承载能力强、误差累积小、动态性能好、结构紧凑等特点。本发明适用于机床、机器人等。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图，也是一种实施例的示意图。

图2是本发明的又一种结构示意图，也是一种实施例的示意图。

图3是本发明的又一种结构示意图，也是一种实施例的示意图。

图4是本发明的又一种结构示意图，也是一种实施例的示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的二平动一转动部分解耦并联机构，定平台1上方设有动平台2，动平台2上方设有末端执行器3。定平台1经三个相异分支连接动平台，第一个分支上设有中间运动副，中间运动副为转动副5；第一个分支与定平台1直接相连接的运动副为转动副4；第一个分支中与动平台2直接相连接的运动副为万向铰6。第二个分支中与定平台1直接相连接的运动副为转动副8；第二个分支中与动平台2直接相连接的运动副为球副10。第三个分支由具有空间六自由度的支链组成，第三个分支上设有移动副11，从图中可以看出，移动副11连接连杆14和连杆15；第三个分支与定平台1直接相连接的运动副为万向铰13；第三个分支与动平台2直接相连接的运动副为球副12，第三个分支的球副12，移动副11和万向铰13连接成UPS支链。

实施例2：

如图2所示的二平动一转动部分解耦并联机构，第一个分支中与动平台2直接相连接的运动副为万向铰6。第二个分支中与动平台2直接相连接的运动副为万向铰9。其他结构同实施例1，不再赘述。

实施例3：

如图3所示的二平动一转动部分解耦并联机构，第一个分支中与动平台2直接相连接的运动副为球副7。第二个分支中与动平台2直接相连接的运动副为万向铰9。其他结构同实施例1，不再赘述。

实施例4：

如图4所示的二平动一转动部分解耦并联机构，第一个分支中与动平台2直接相连接的运动副为球副7。第二个分支中与动平台2直接相连接的运动副为球副10。其他结构同实施例1，不再赘述。

Claims

1.一种二平动一转动部分解耦并联机构，定平台上方设有动平台，动平台上方设有末端执行器，其特征是：定平台经三个相异分支连接动平台，第一个分支上设有中间运动副，中间运动副为转动副，第一个分支与定平台直接相连接的运动副为转动副，第一个分支中与动平台直接相连接的运动副为万向铰或球副；第二个分支中与定平台直接相连接的运动副为转动副，第二个分支中与动平台直接相连接的运动副为万向铰或球副；第三个分支由具有空间六自由度的支链组成，第三个分支上设有中间运动副，中间运动副为移动副，第三个分支与定平台直接相连接的运动副为万向铰，第三个分支与动平台直接相连接的运动副为球副，第三个分支中的移动副、球副和万向铰连接成UPS支链。

2.如权利要求1所述的二平动一转动部分解耦并联机构，其特征是：第一个分支和第二个分支构成了平面二自由度的铰链机构，能实现复杂的平面运动，而第三个分支主要实现动平台的转动，该机构的转动与平动之间解耦。

3.如权利要求1所述的二平动一转动部分解耦并联机构，其特征是：第一个分支中的转动副的轴线平行于第二分支中的转动副的轴线。

4.如权利要求1所述的二平动一转动部分解耦并联机构，其特征是：如果第一个分支和第二个分支中的与动平台直接相连接的运动副都为万向铰，则第一个分支中的万向铰的一个轴线平行于第二个分支中的万向铰的一个轴线，且它们平行于这两个分支中的所有转动副的轴线，而这两个万向铰的另一个轴线同轴。

5.如权利要求1所述的二平动一转动部分解耦并联机构，其特征是：如果第一个分支和第二个分支中的与动平台直接相连接的都为球副，则第一个分支中的球副的球心与第二个分支中的球副的球心之间的连线垂直于这两个分支中的所有转动副的轴线。

6.如权利要求1所述的二平动一转动部分解耦并联机构，其特征是：如果第一和第二个分支中与动平台直接相连接的运动副一个为球副，另一个为万向铰，则万向铰的一个轴线通过该球副的球心，另一个轴线平行这两个分支中的所有转动副的轴线。