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

具有等效Tricept机构运动的过约束并联机构
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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