CN104384941B - 具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构。所述第一、三驱动分支结构相同,两驱动分支万向铰外侧转动副与固定平台连接,内侧转动副和移动副垂直,球副和动平台连接。第二驱动分支万向铰外侧转动副与固定平台连接,并指向固定平台中心,万向铰内侧转动副与分支上端转动副平行,且与分支移动副垂直,分支上端转动副与动平台连接,且平行于动平台对边。中间约束分支万向铰外侧转动副与固定平台相连,并指向第二分支下端点,万向铰内侧转动副平行于一、三分支上端点连线,且与移动副垂直,移动副与动平台垂直连接。本发明与Tricept机构具有等效的运动学,保留了Tricept机构优良的运动特性,且机构运动副数少于Tricept机构,具有很高的刚度和运动精度。
Description
技术领域
本发明涉及并联机构领域,特别涉及到一种具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构。
背景技术
少自由度并联机构是近几十年来机构学的研究热点,其构型非常丰富,但成功应用于工业界的机构仍然非常少。Tricept机构(US4732525)是目前工业界推广最成功的并联机构之一。该机构发明人Neumann博士指出关节的几何误差,间隙等问题是并联机床精度问题的主要根源,关节点数少、无效自由度少的并联机构是机床机械本体的首选。基于该理念,Neumann博士又提出了关节数目较少的Exechon机构(WO2006054935)。实际上,Triccpt机构本身并未采用最少的关节数目,其关节数目仍有进一步减少的空间。
发明内容
本发明为克服上述背景技术存在的不足,提供一种关节数少、具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构。本发明与Tricept机构具有等效的运动学,保留了Tricept机构的优良运动特性,且关节数少于Tricept机构,具有结构简单、精度高、刚度大等特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构,包括固定平台、动平台、连接固定平台与动平台的三个驱动分支和一个约束分支,固定平台和动平台均为正三角形,三个驱动分支两端分别与固定平台、动平台各端点连接,约束分支连接固定平台和动平台中心。所述第一、三驱动分支依次串接万向铰、移动副和球副,所述万向铰外侧转动副与固定平台相连,其轴线与固定平台底边重合,万向铰内侧转动副与移动副垂直,所述球副与动平台相连;所述第二驱动分支依次串接万向铰、移动副和转动副,所述万向铰外侧转动副与固定平台相连,其轴线指向固定平台中心,万向铰内侧转动副与分支中的移动副垂直,且和分支上端转动副平行,分支上端转动副与动平台相连,其轴线平行于对应的动平台对边,其中,外侧转动副为U副与固定平台连接的转动副,内侧转动副为对应U副的另一转动副;所述约束分支依次串接万向铰和移动副,约束分支中万向铰外侧转动副与固定平台中心相连,其轴线指向第二驱动分支的下端点,且与第二驱动分支中万向铰外侧转动副共线;万向铰内侧转动副平行于第一、三驱动分支上端点连线,且和移动副垂直。
进一步,所述约束分支依次串接万向铰、移动副和转动副,所述万向铰外侧转动副与固定平台中心相连,其轴线指向第二驱动分支下端点,且与第二驱动分支中万向铰外侧转动副共线,万向铰内侧转动副垂直于该分支中移动副,且和该分支上端转动副垂直,该分支上端转动副与动平台相连,其轴线指向第二驱动分支上端点。
进一步,所述第二驱动分支依次串接球副、移动副和转动副,其中,所述球副与固定平台相连,所述转动副与动平台相连,其轴线平行于动平台对边,且和移动副垂直。
进一步,所述约束分支依次串接有球副和移动副,所述球副与固定平台中心相连,所述移动副与动平台固连,且和动平台垂直。
本发明与现有技术相比具有如下优点:该发明与Tricept机构具有等效的运动学,保留了Tricept机构的优良运动特性,且关节数少于Tricept机构。本发明结构简单,运动副关节数目少,刚度大,运动精度高,可作为高精度并联机床并联本体。
附图说明
图1是具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构结构示意简图;
图2是本发明实施例2的结构示意简图;
图3是本发明实施例3的结构示意简图;
图4是本发明实施例4的结构示意简图。
上述附图中,1-固定平台,2-动平台,3-第一驱动分支,4-第二驱动分支,5-第三驱动分支,6-约束分支。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图具体描述本发明的具体实施方式。
实施例1
图1是本发明公开的第一个实施例。本发明所述的一种具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构,包括固定平台1、动平台2、连接它们的三个驱动分支(3,4,5)和一个中间约束分支6。其中,固定平台1和动平台2均为正三角形,三个驱动分支(3,4,5)两端分别连接固定平台1和动平台的3个顶点,中间的约束分支6连接固定平台1和动平台2的中心。
第一驱动分支3中依次串接有万向铰(R11,R12)、移动副(P1)和球副(S1),万向铰外侧转动副(R11)与固定平台1相连,其轴线与固定平台1底边重合;万向铰内侧转动副(R12)与移动副(P1)垂直,球副(S1)与动平台2相连。第二驱动分支4中依次串接有万向铰(R21,R22)、移动副(P2)和转动副(R23),万向铰外侧转动副(R21)与固定平台1相连,其轴线指向固定平台1中心,万向铰内侧转动副(R22)和转动副(R23)相互平行,且和移动副(P2)相互垂直,转动副(R23)与动平台2相连,其轴线平行于动平台2的对边。第三驱动分支5中依次串接有万向铰(R31,R32)、移动副(P3)和球副(S3),万向铰外侧转动副(R31)与固定平台1相连,其轴线与固定平台1底边重合;万向铰内侧转动副(R32)与移动副(P3)垂直,球副(S3)与动平台2相连。中间的约束分支6中依次串接有万向铰(R01,R02)和移动副(P0),万向铰外侧转动副(R01)与固定平台1中心相连,其轴线指向第二驱动分支4的下端点,且与第二驱动分支4中万向铰外侧转动副(R21)共线;万向铰内侧转动副(R02)平行于第一、三驱动分支(3,5)上端点连线,且和该(所述约束)分支中移动副(P0)垂直,移动副(P0)垂直固连于动平台2的中心。
实施例2
图2是本发明公开的第二个实施例。图2中,中间的约束分支6为UPR分支,约束分支6中依次串接有万向铰(R01,R02)、移动副(P0)和转动副(R03)。万向铰外侧转动副(R01)与固定平台1中心相连,其轴线指向第二驱动分支4的下端点,并与第二驱动分支4万向铰外侧转动副(R21)共线,万向铰内侧转动副(R02)垂直于约束分支6中的转动副(R03),且和约束分支6中的移动副(P0)垂直,转动副(R03)与动平台2相连,其轴线指向第二驱动分支4上端点。其它部分连接方式与实施例1相同。
实施例3
图3是本发明公开的第三个实施例。图3中,第二驱动分支4为SPR分支,第二驱动分支4中依次串接有球副(S2)、移动副(P2)和转动副(R21)。其中,球副(S2)与固定平台1相连,转动副(R21)与动平台2相连,其轴线平行于动平台2对边,且和移动副P2垂直。其它部分连接方式与实施例1相同。
实施例4
图4是本发明公开的第四个实施例。图4中,中间约束分支6为SP分支,依次串接有球副(S0)和移动副(P0)。球副(S0)与固定平台1中心相连,移动副P0垂直连接于动平台2中心。其它部分连接方式与实施例1相同。
Claims (4)
1.一种具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构,包括固定平台、动平台、连接固定平台与动平台的第一驱动分支、第二驱动分支、第三驱动分支和一个约束分支,固定平台和动平台均为正三角形,三个驱动分支两端分别与固定平台、动平台各端点连接,约束分支连接固定平台和动平台中心,其特征是:
所述第一、三驱动分支依次串接万向铰、移动副和球副,所述万向铰外侧转动副与固定平台相连,其轴线与固定平台底边重合,万向铰内侧转动副与移动副垂直,所述球副与动平台相连;所述第二驱动分支依次串接万向铰、移动副和转动副,所述万向铰外侧转动副与固定平台相连,其轴线指向固定平台中心,万向铰内侧转动副与该分支中的移动副垂直,且和该分支上端转动副平行,该分支上端转动副与动平台相连,其轴线平行于对应的动平台对边,其中,外侧转动副为万向铰与固定平台连接的转动副,内侧转动副为对应万向铰的另一转动副;所述约束分支依次串接万向铰和移动副,约束分支中万向铰外侧转动副与固定平台中心相连,其轴线指向第二驱动分支的下端点,且与第二驱动分支中万向铰外侧转动副共线,万向铰内侧转动副平行于第一、三驱动分支上端点连线,且和移动副垂直。
2.根据权利要求1所述的具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构,其特征是:所述约束分支依次串接万向铰、移动副和转动副,所述万向铰外侧转动副与固定平台中心相连,其轴线指向第二驱动分支下端点,且与第二驱动分支中万向铰外侧转动副共线,万向铰内侧转动副垂直于该分支中移动副,且和该分支上端转动副垂直,该分支上端转动副与动平台相连,其轴线指向第二驱动分支上端点。
3.根据权利要求1所述的具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构,其特征是:所述第二驱动分支依次串接球副、移动副和转动副,其中,所述球副与固定平台相连,所述转动副与动平台相连,其轴线平行于动平台对边,且和移动副垂直。
4.根据权利要求1所述的具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构,其特征是:所述约束分支依次串接有球副和移动副,所述球副与固定平台中心相连,所述移动副与动平台固连,且和动平台垂直。
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