CN103707281A - 三维平动一维转动空间四自由度并联机构 - Google Patents

三维平动一维转动空间四自由度并联机构 Download PDF

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张华�
陈磊
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Abstract

一种三维平动一维转动空间四自由度并联机构由静平台、动平台及其联接动静平台的四条相同的支链组成。上述支链有两种类型，第一种类型是由六个构件组成的，其联接方式为R-R-2R=2R-R-R（R为转动副、-为构件、=为一对平行等长的杆件）；第二种类型是由四个构件组成，其联接方式为R-2U=2U-R（R为转动副、-为构件、=为一对平行等长的杆件、U为虎克铰）。上述每条支链都由一台固结在静平台上的伺服电机驱动；本发明结构简单，机构正逆解求解容易，控制方便，且驱动电机均可安装在静平台上，杆件可做成轻杆，有效降低机构重量，机构刚性好、惯量小、动力学性能好。

Description

三维平动一维转动空间四自由度并联机构
技术领域
本发明涉及一种三维平动一维转动空间四自由度并联机构。
背景技术
专利US.4976582公布了一种三维平动一维转动空间四自由度并联机构，该机构采用三条外转动副驱动和平行四边形支链结构，实现末端执行器的高速三维平动，同时还在动静平台间设置有两端带有虎克铰链的可伸缩转轴以实现末端执行器的单自由度转动。但该机构在实现末端执行器转动的的过程中采用了伸缩杆结构，这将影响高速运动机构的刚性和寿命；论文“H4: a new family of 4-dofparallel robots”、论文“Par4-very high speed parallel robot for pick-and-place”、专利US20090019960A1、专利EP1804802B1、专利200910228105.1、专利201010212312.0、专利201010614256.3、专利201110107857.X、专利201110107380.5、专利201110107384.3、专利201110109529.6公布了几种可实现三维平动一维转动的空间四自由度机构，该类机构采用四条外转动副驱动和平行四边形支链结构，并通过支链末端构件的相对运动来实现末端执行器的高速三维平动一维转动运动。但该类机构的末端执行器实现四自由度运动是靠四条支链末端构件间的相对运动实现的，这种结构将影响并联机构的刚性。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种三维平动一维转动空间四自由度并联机构，它具有高速、搞刚度、寿命长等优点。
本发明是这样来实现的，本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种三维平动一维转动空间四自由度并联机构由静平台、动平台及其联接动静平台的四条相同的支链组成，每条支链都由一台固结在静平台上的伺服电机驱动，四台伺服电机共同驱动可实现动平台的三维平动一维转动空间四自由度的运动；第一支链一端通过第一转动副与静平台联接，第一支链另一端通过第二转动副与动平台联接，第二支链一端通过第三转动副与静平台联接，第二支链另一端通过第四转动副与动平台联接，第三支链一端通过第五转动副与静平台联接，第三支链另一端通过第六转动副与动平台联接，第四支链一端通过第七转动副与静平台联接，第四支链另一端通过第八转动副与动平台联接；支链的第一种组成与联接方式为：第一构件通过第I转动副与第二构件联接，第二构件两端分别通过第II转动副、第III转动副与第一连杆、第二连杆联接，第一连杆另一端通过第IV转动副与第三构件一端联接，第二连杆另一端通过第V转动副与第三构件另一端联接，第三构件通过第VI转动副与第四构件联接，第一连杆与第二连杆平行等长；支链的第二种组成与联接方式为：第1构件通过第I虎克铰、第II虎克铰与第1连杆、第2连杆联接，第1连杆另一端通过第III虎克铰与第2构件联接，第2连杆另一端通过第IV虎克铰与第2构件联接，第1连杆与第2连杆平行等长。
本发明的技术效果是：
1、驱动电机均安装在机架上，杆件做成轻杆，机构重量轻、刚性好、惯量小、动力学性能好；
2、机构的平动运动和转动运动分别由不同的支链单独控制，机构运动学正、逆问题求解容易，控制方便；
3、安装上不同的末端执行器，本机构可应用到装配、焊接、姿态调整和定位设备、激光、医用等领域。
附图说明
图1为本发明第一种结构示意图。
图2为本发明第二种结构示意图。
图3为本发明第一种支链结构示意图。
图4为本发明第二种支链结构示意图。
在图中，1、静平台 2、第一伺服电机3、第二伺服电机4、第三伺服电机 5、第四伺服电机 6、第一转动副 7、第三转动副 8、第五转动副 9、第七转动副 10、第二转动副 11、第四转动副 12、第六转动副 13、第八转动副 14、动平台 15、第一构件 16、第I转动副 17、第二构件18、第II转动副19、第III转动副 20、第一连杆 21、第二连杆22、第IV转动副 23、第V转动副 24、第三构件25、第VI转动副26、第四构件 27、第1构件28、第I虎克铰 29、第II虎克铰 30、第1连杆 31、第2连杆  32、第III虎克铰  33、第IV虎克铰  34、第2构件。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
如附图1和2，第一支链一端通过第一转动副6与静平台1联接，第一支链另一端通过第二转动副10与动平台14联接，第二支链一端通过第三转动副7与静平台1联接，第二支链另一端通过第四转动副11与动平台14联接，第三支链一端通过第五转动副8与静平台1联接，第三支链另一端通过第六转动副12与动平台14联接，第四支链一端通过第七转动副9与静平台1联接，第四支链另一端通过第八转动副13与动平台14联接。
如附图2，上述第一支链由固结在静平台1上的第一伺服电机2驱动，第二支链由固结在静平台1上的第二伺服电机3驱动，第三支链由固结在静平台1上的第三伺服电机4驱动，第四支链由固结在静平台1上的第四伺服电机5驱动。
如附图3，上述支链的第一种组成与联接方式为：第一构件15另一端通过第I转动副16与第二构件17联接，第二构件17两端分别通过第II转动副18、第III转动副19与第一连杆20、第二连杆21联接，第一连杆20另一端通过第IV转动副22与第三构件24一端联接，第二连杆21另一端通过第V转动副23与第三构件24另一端联接，第三构件24通过第VI转动副25与第四构件26联接，第一连杆20与第二连杆21平行等长。
如附图4，支链的第二种组成与联接方式为：第1构件27通过第I虎克铰28、第II虎克铰29与第1连杆30、第2连杆31联接，第1连杆30另一端通过第III虎克铰32与第2构件34联接，第2连杆31另一端通过第IV虎克铰33与第2构件34联接，第1连杆30与第2连杆31平行等长。

Claims (1)

1.一种三维平动一维转动空间四自由度并联机构由静平台、动平台及其联接动静平台的四条相同的支链组成，其特征在于：
第一支链一端通过第一转动副与静平台联接，第一支链另一端通过第二转动副与动平台联接，第二支链一端通过第三转动副与静平台联接，第二支链另一端通过第四转动副与动平台联接，第三支链一端通过第五转动副与静平台联接，第三支链另一端通过第六转动副与动平台联接，第四支链一端通过第七转动副与静平台联接，第四支链另一端通过第八转动副与动平台联接，
上述支链的第一种组成与联接方式为：第一构件通过第I转动副与第二构件联接，第二构件两端分别通过第II转动副、第III转动副与第一连杆、第二连杆联接，第一连杆另一端通过第IV转动副与第三构件一端联接，第二连杆另一端通过第V转动副与第三构件另一端联接，第三构件通过第VI转动副与第四构件联接，第一连杆与第二连杆平行等长，
上述支链的第二种组成与联接方式为：第1构件通过第I虎克铰、第II虎克铰与第1连杆、第2连杆联接，第1连杆另一端通过第III虎克铰与第2构件联接，第2连杆另一端通过第IV虎克铰与第2构件联接，第1连杆与第2连杆平行等长。
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