CN103862462B - 一种两移一转三自由度完全解耦空间并联机构 - Google Patents
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Abstract
一种两移一转三自由度完全解耦空间并联机构，其包括定平台、动平台以及连接定平台和动平台的三个分支，所述定平台为长方形底面，定平台的底面两边安装滑轨，所述滑轨的中心线与定平台底面平行，动平台为三角形结构，分支一由一个移动副和三个转动副以及连接它们的三个连杆组成；分支二由四个转动副和连接它们的三个连杆组成；分支三由一个移动副和四个转动副以及连接它们的四个连杆组成。本发明结构简单，制造成本低，能够实现动平台沿平行于定平台方向的两个移动和绕平行于定平台轴线的一个转动，各运动完全解耦，易于控制，承载力强。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间并联机构。
背景技术
并联机构具有承载力大、刚度高、运动速度快、累积误差小、动力学性能好等优点，故其在运动模拟器、力传感器、卫星天线、医疗器械和食品包装中得到了广泛应用。
由于结构的限制，并联机构运动耦合性强这一问题没有很好解决。并联机构强耦合性的存在使得机构在机构设计、计算分析和运动控制等方面存在着诸多问题。因此，为简化并联机构的控制过程，提高并联机构的解耦性已经成为机构学研究领域的热点问题。
在三自由度并联机构研究中，对于两移一转三自由度并联机构的解耦性研究取得一些进展，例如，中国专利文献CN102688853A提出了一种三自由度并联机构茶叶筛分机，该机构的三条振动链互不干涉，完全解耦，提高了茶叶的筛分效率；中国专利公开号为CN102431027A提出一种两移一转三自由度解耦空间并联机构，该机构的三个自由度运动完全解耦，并且两个移动自由度的方向与定平台平面平行，而转动自由度的轴线与定平台平面垂直。此外，中国专利文献CN102922310A也提出了一种2T1R三自由度空间并联机构。上述发明机构虽然机构动平台能实现两移一转运动，但是该类机构十分稀少，大部分机构的解耦性并没有很好解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、易于控制、输入输出完全解耦的两移一转三自由度完全解耦空间并联机构。
本发明包括定平台、动平台以及连接这两个平台的三个分支，其中定平台为长方形结构，该定平台的相邻两边设有滑轨，两滑轨的中心线相互垂直且均与定平台底面平行，动平台为三角形结构；分支一由一个移动副和三个转动副以及连接它们的三个连杆组成；分支二由四个转动副和连接它们的三个连杆组成；分支三由一个移动副和四个转动副以及连接它们的四个连杆组成。
其中，分支一中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接；分支二中的第一连杆通过转动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与L型的第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与L型的第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接；分支三中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与第四连杆的一端连接，该第四连杆的另一端通过转动副与动平台连接。
在分支一中，移动副的移动方向和三个转动副的轴线平行；在分支二中，除与定平台连接的转动副外，其它三个转动副的轴线平行，且与和定平台连接的转动副的轴线垂直；在分支三中，移动副的移动方向和除与动平台连接的三个转动副的轴线平行，且与和动平台连接的转动副的轴线垂直。
上述三个分支中分别与定平台连接的两个移动副和一个转动副为各分支的输入运动副。两个移动副的移动方向垂直，其中一个移动副的移动方向和转动副的轴线平行，另一个移动副的移动方向和转动副的轴线垂直，且三个输入运动副均平行于定平台。分支一和分支三与动平台连接的转动副的轴线，始终与动平台平行，分支二与动平台连接的转动副的轴线垂直于动平台。
上述分支一中，第一连杆在移动副的驱动下发生移动，并带动第二连杆发生移动，第二连杆又带动第三连杆发生移动，最终经第三连杆的移动带动动平台发生移动；分支二中，第一连杆在第一转动副驱动下发生转动，并带动第二连杆发生转动，第二连杆又带动第三连杆发生转动，最终经第三连杆的转动带动动平台发生转动；分支三中，第一连杆在移动副的驱动下发生移动，并带动第二连杆发生移动，第二连杆又带动第三连杆发生移动，最终经第四连杆的移动带动动平台发生移动；且这三个方向的两个移动和一个转动运动是解耦的，互不干涉。
上述分支一中与定平台连接的移动副和最近的第一个转动副能够用一个与转动副轴线平行的圆柱副代替；上述分支二中与定平台连接最近的两个转动副能够用一个虎克铰代替；上述分支三中与定平台连接的移动副和最近的第一个转动副能够用一个与转动副轴线平行的圆柱副代替，与动平台连接最近的两个转动副能够用一个虎克铰代替。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、结构简单，运动副均为低副，可以降低制造成本；
2、实现了空间两个移动自由度和一个转动自由度完全解耦；
3、所有输入运动副全部与定平台相连，这样减少了杆件的负载，具有良好的运动性和较高的反应速度。
附图说明
图1是本发明的立体示意简图。
具体实施方式
在图1所示的一种两移一转三自由度完全解耦空间并联机构示意图中，定平台11为长方形结构，该定平台的相邻两边设有直角滑轨10，直角滑轨的中心线与定平台底面平行，动平台9为三角形结构；分支一1中的第一连杆3的一端通过移动副2与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副4与第二连杆5的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副6与第三连杆7的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副8与动平台连接；分支二12中的第一连杆14通过转动副13与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副15与L型的第二连杆16的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副17与L型的第三连杆18的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副19与动平台连接；分支三20中的第一连杆22的一端通过移动副21与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副23与第二连杆24的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副25与第三连杆26的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副27与第四连杆28的一端连接，该第四连杆的另一端通过转动副29与动平台连接。
分支一中的移动副2的移动方向与分支二中的转动副13的轴线方向平行，且与分支三中的移动副21的移动方向垂直，都始终与动平台9平行。
分支一和分支三中与动平台连接的转动副8和转动副29的轴线平行，都始终与动平台平行，分支二中与动平台连接的转动副19的轴线与另两个和动平台连接的转动副8和转动副29的轴线垂直，且始终与动平台垂直。
分支一中，移动副2的移动方向和第一转动副4、第二转动副6、第三转动副8的轴线平行，且与第一连杆3、第二连杆5和第三连杆7的轴线垂直；分支二中，第二转动副15、第三转动副17和第四转动副19的轴线平行，且与第一转动副13的轴线垂直。第一连杆14的轴线一端与第一转动副13的轴线垂直，另一端与第二转动副15的轴线重合。第二连杆16和第三连杆18都为L型直角连杆，它们的连杆轴线的一端分别与第二转动副15和第三转动副17的轴线垂直，另一端分别与第三转动副17和第四转动副19的轴线重合；分支三中，移动副21的移动方向和第一转动副23、第二转动副25、第三转动副27的轴线平行，均与第四转动副29的轴线垂直。另外第一连杆22、第二连杆24、第三连杆26和第四连杆28的轴线与该分支中转动副的轴线垂直。
Claims (2)
1.一种两移一转三自由度完全解耦空间并联机构，其包括定平台、动平台以及连接这两个平台的三个分支，其特征在于：其定平台为长方形结构，该定平台的相邻两边设有滑轨，两滑轨的中心线相互垂直且均与定平台底面平行，动平台为三角形结构；其分支一中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接；分支二中的第一连杆通过转动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接；分支三中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与第四连杆的一端连接，该第四连杆的另一端通过转动副与动平台连接；在分支一中，移动副的移动方向和三个转动副的轴线平行；在分支二中，除与定平台连接的转动副外，其它三个转动副的轴线平行，且与和定平台连接的转动副的轴线垂直；在分支三中，移动副的移动方向和除与动平台连接的三个转动副的轴线平行，且与和动平台连接的转动副的轴线垂直。
2.根据权利要求1所述的一种两移一转三自由度完全解耦空间并联机构，其特征在于：上述分支一中与定平台连接的移动副和与定平台连接最近的第一个转动副能够用一个与转动副轴线平行的圆柱副代替；上述分支二中与定平台连接最近的两个转动副能够用一个虎克铰代替；上述分支三中与定平台连接的移动副和最近的第一个转动副能够用一个与转动副轴线平行的圆柱副代替，与动平台连接最近的两个转动副能够用一个虎克铰代替。
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