CN104002298B - 一种两移动一转动解耦并联机器人机构 - Google Patents
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Abstract
一种两移动一转动解耦并联机器人机构，其包括定平台、动平台以及连接它们的三个分支，结构完全相同的两个分支均由一个圆柱副和两个转动副以及连接他们的两个连杆组成；另一分支由四个转动副和连接它们的三个连杆组成。两个相同分支均由一个圆柱副和一个转动副分别与定平台和动平台连接，另一分支由两个转动副分别与定平台和动平台连接。本发明结构简单、驱动元件少、制造成本低、能够实现动平台两个移动和一个转动运动完全解耦，而且易于控制、反应速度快和承载力强。
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
并联机构一般由动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，使机构具有两个或两个以上的自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。与串联机构相比，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。
由于结构的限制，同时并联机构也有强耦合的特点。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，如正解运动学问题变得非常困难，相应的动力学模型也非常复杂，从而限制了一些控制方法的应用。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。
国内学者在两移一转三自由度并联机构解耦性研究中取得一些进展，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。上述发明机构解耦性或者得到部分解决，或者机构中含有球副且移动副较多等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运动完全解耦、结构简单、易于控制的两移动一转动解耦并联机器人机构。
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，定平台的对边各设有一个圆柱副，两圆柱副的中心线平行且均与定平台底面平行，动平台为三角形结构；三个分支中，两个分支结构完全相同，即均由一个圆柱副和两个转动副以及连接它们的两个连杆组成；另一分支由四个转动副和连接它们的三个连杆组成。
其中，结构完全相同的两个分支中的第一连杆的一端通过圆柱副与定平台连接，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动平台连接；另一分支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。
结构完全相同的两个分支中的三个运动副的轴线平行，且均与定平台和动平台平行；另一分支中与定平台连接的转动副与其它三个转动副的轴线垂直，且均与定平台和动平台平行。
上述三个分支中，结构完全相同的两个分支分别与定平台连接的两个运动副为各分支的输入运动副，其中，一个为移动输入，另一个为转动输入；另一分支中与定平台连接的转动副为该分支的输入运动副。三个输入运动副的轴线平行，结构完全相同两个分支的输入圆柱副对称分布于另一分支的输入转动副两侧；两个相同分支与动平台连接的两个转动副的轴线平行，且与另一分支与动平台连接的转动副轴线垂直。
上述结构完全相同的两个分支中，第一连杆在圆柱副的驱动下发生移动，并带动第二连杆发生移动，第二连杆的移动带动动平台发生移动；另一分支中，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；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。
上述结构完全相同的两个分支中与定平台连接的圆柱副能够用一个转动副和一个移动方向与转动副轴线相同的移动副代替；另一分支中与定平台连接最近的两个转动副能够用虎克铰代替。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、结构简单，驱动元件少,制造成本低；
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所示的一种两移动一转动解耦并联机器人机构示意图中，定平台1的对边各有一个圆柱副2、15，两圆柱副的中心线平行且均与定平台底面平行，动平台7为三角形结构；两个相同分支中的第一连杆3、16的一端通过圆柱副2、15与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副4、17与第二连杆5、18的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副6、19与动平台连接；另一分支的第一连杆9通过转动副8与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副10与第二连杆11的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副12与第三连杆13的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副14与动平台连接。
两个相同分支中的圆柱副2和圆柱副15的轴线方向平行，且与另一分支中的转动副8的轴线平行，都始终与定平台平行。
两个相同分支中与动平台连接的转动副6和转动副19的轴线平行，都始终与动平台平行，另一分支中与动平台连接的转动副14的轴线与另两个和动平台连接的转动副6和转动副19的轴线垂直，且始终与动平台平行。
两个相同分支中，圆柱副2、15的轴线方向与第一转动副4、17和第二转动副6、19的轴线平行，且与第一连杆3、16和第二连杆5、18的轴线垂直；另一分支中，第二转动副10、第三转动副12和第四转动副14的轴线平行，且与第一转动副8的轴线垂直。四个转动副轴线均与第一连杆9、第二连杆11、第三连杆13的轴线垂直。
Claims (2)
1.一种两移动一转动解耦并联机器人机构，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：定平台的对边各设有一个圆柱副，两圆柱副的中心线平行且均与定平台底面平行，动平台为三角形结构，其中，两个分支结构完全相同；两个相同分支中的第一连杆的一端通过上述圆柱副与定平台连接，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动平台连接；另一分支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；在两个相同分支中，圆柱副的轴线方向和两个转动副的轴线平行；在另一分支中，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。
2.根据权利要求1所述的一种两移动一转动解耦并联机器人机构，其特征在于：所述两个相同分支中与定平台连接的圆柱副能够用一个转动副和一个移动方向与转动副轴线相同的移动副代替；另一分支中与定平台连接最近的两个转动副能够用虎克铰代替。
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