CN104552280A - 一种两移两转四自由度解耦并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦并联机构。其包括定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的四个分支。所述定平台相连两边分别安装滑槽和圆柱导轨，动定平台为长方形。分支一是由两个中心线相互垂直的移动副和两个轴线相互垂直转动副及连接它们的三个连杆组成；分支二由三个轴线平行于定平台转动副和两个轴线平行于定平台且垂直前三个转动副的轴线，以及连接它们的四个连杆组成；分支三由一个移动副和一个平行四边形铰链和三个转动副，以及连接它们的四个连杆组成；分支四是由一个圆柱和三个转动副以及连接它们之间的三个连杆。发明结构稳定，能够实现沿垂直于定平台方向和定平台滑槽方向的两维移动及绕动平台上两个轴线相互垂直的转动副的两维转动，各运动解耦，易于控制，承载力强。

Description

一种两移两转四自由度解耦并联机构

所属技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦并联机构。

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。

三自由度并联机器人机构得到了较多的研究，国际上已有多种三自由度并联机器人机构得到了实际应用，如Delta机构。随着并联机器人在工业领域的不断普及，并联机构存在的强耦合性特点却在制约着并联机器人的发展。并联机构强耦合性的存在使得机构存在着诸多问题，比如导致运动学有多组解和工作空间减小，且使得机构轨迹规划和精度控制困难。因此如何实现并联机构的解耦，已成为一个机构学研究领域的挑战性课题。

我国不少机构学者已设计出诸多四、五自由度新型并联机器人机构，并申请了相关专利，如中国专利：CN201380496，CN104029196A，CN104015186A，CN104102170A，CN103707281A，CN102601793A。目前对于四、五自由度并联机器人机构解耦性研究则相对较少。中国专利CN 102896628A，CN 103624778 A分别提出一种四自由度解耦并联机器人机构上述发明机构虽然机构动平台能实现四自由度运动，但是基本都是实现三移一转的功能，能实现两移两转解耦的并联机构十分稀少，大部分并联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稳定、易于控制、运动解耦的两移两转四自由度并联机构。本发明包括定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的四个分支。分支一是由两个中心线相互垂直的移动副和两个轴线相互垂直转动副及连接它们的三个连杆组成；分支二由三个轴线平行于定平台转动副和两个轴线平行于定平台且垂直前三个转动副的轴线，以及连接它们的四个连杆组成；分支三由一个移动副和一个平行四边形铰链和三个转动副，以及连接它们的四个连杆组成；分支四是由一个圆柱和三个转动副以及连接它们之间的三个连杆。

分支一中第一连杆的一端通过中心线垂直于定平台的移动副与定平台连接，第一连杆另一端通过移动副与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副轴线与动平台连接，其中两个移动副中心线相互垂直，两个转动副轴线相互垂直；分支二中第一个连杆通过轴线平行于定平台的转动副与定平台连接，连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副与第四个连杆连接，第四个连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中与第一、二连杆连接的转动副轴线相互平行，第四个连杆两端的转动副轴线相互平行且垂直于第一、二连杆连接的转动副轴线；分支三中第一连杆的一端通过移动副与定平台滑槽连接，另一端与平行四边形铰链连接其轴线平行于移动副中心线，该平行四边形铰链另一端与第二个连杆连接，连杆另一端通过轴线平行于平行四边形铰链轴线的转动副与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过转动副与第四个连杆连接，连杆四的另一端通过轴线垂直于第三个连杆两端转动副轴线且平行于定平台的转动副与动平台连接；机构末端通过垂直于动平台的转动副与动平台连接。分支四第一个连杆通过圆柱副与定平台上的圆柱导轨连接，连杆另一端通过转动副与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，其中第二个连杆两端的转动副轴线相互垂直，第三个连杆两端的转动副轴线相互平行。

上述分支中，分支一中与定平台连接的移动副为输入驱动；第一连杆在移动副的驱动下发生移动，带动第二、三个连杆和动平台发生移动；上述分支一中与第二个连杆连接的转动副为输入驱动，第三个连杆在转动副的驱动下发生转动，第三个连杆的转动带动动平台发生转动；上述分支三中与定平台连接的移动副为输入动驱动，第一连杆在移动副的驱动下发生移动，带动第二、三、四个连杆发生移动，第四个连杆的移动带动动平台发生移动；上述分支四中与第一个连杆连接的转动副为输入驱动，第二个连杆在转动副的驱动下发生转动，第二个连杆的转动带动第三个连杆和动平台发生转动。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、结构稳定，运动副有低副也有复合运动副，装配简单；

2、实现了空间两个移动自由度和两个转动自由度解耦；

3、所有输入驱动全部与平台相连，这样减少了杆件的负载，具有良好的运动性和稳定性。

附图说明

图1是本发明的立体示意简图；

图2整体示意结构简图；

图3整体示意结构简图。

具体实施方式

在图2、3所示的一种两移两转四自由度解耦空间并联机构示意图中，定平台1动平台9为长方形结构，该定平台1的相邻两边布有滑槽19和圆柱导轨30，滑槽17中心线导轨30轴线与定平台1平行；分支一中的第一连杆3的一端通过移动副2与定平台1连接，该连杆3的另一端通过移动副4与第二个连杆5连接，连杆5的另一端通过转动副6与第三个连杆7连接，连杆7通过转动副8与动平台9连接；分支二中的第一连杆11的一端通过转动副10与定平台1连接，该连杆11的另一端通过转动副12与第二个连杆13连接，连杆13的另一端通过转动副14与第三个连杆15连接，该连杆15的另一端通过转动副16与第四个连杆17连接，连杆17另一端通过转动副18与动平台9连接；分支三中的第一连杆21的一端通过移动副20与定平台上滑槽19连接，该连杆21的另一端与平行四边形铰链22连接，铰链22另一端与第二个连杆23连接，连杆23另一端通过转动副24与第三个连杆的25一端连接，连杆25的另一端通过转动副26与第四连杆27连接，连杆27另一端通过转动副28与动平台9连接；分支四第一个连杆31通过圆柱副30与定平台1上的圆柱导轨29连接，连杆31另一端通过转动副32与第二个连杆33连接，第二个连杆33另一端通过转动副34与第三个连杆35连接，第三个连杆35的另一端通过转动副36与动平台9连接。

分支一中的移动副2的中心线垂直于定平台1所在平面，移动副4的中心线平行于定平台1垂直于移动副2的中心线，转动副6、8轴线相互垂直且都平行于定平台1；分支二中转动副10、12、14的轴线相互平行且平行于定平台1和分支一中转动副8的轴线，转动副16、18轴线相互平行且垂直于转动副10、12、14的轴线平行于转动副6的轴线；分支三中移动副20中心线平行于定平台1和转动副6、16、18轴线移动副4的中心线，平行四边形铰链22、转动副24、26线相互平行且平行于移动副20中心线，与动平台连接的转动副28轴线平行于定平台1和转动副8、10、12、14轴线；分支四中圆柱副30轴线平行于转动副8、10、12、14、28，转动副32轴线平行于转动副6、16、18、24、26垂直于圆柱副30轴线，转动副34、36相互平行垂直于转动副32平行于圆柱副30轴线。

Claims (3)

1.一种两移两转四自由度解耦并联机构，其包括定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的四个分支。其特征在于：所述定平台相连两边分别安装滑槽和圆柱导轨，所述滑槽的中心线及导轨轴线与定平台平行，动定平台为长方形。分支一中第一连杆的一端通过中心线垂直于定平台的移动副与定平台连接，第一连杆另一端通过移动副与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副轴线与动平台连接，其中两个移动副中心线相互垂直，两个转动副轴线相互垂直；分支二中第一个连杆通过轴线平行于定平台的转动副与定平台连接，连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副与第四个连杆连接，第四个连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中与第一、二连杆连接的转动副轴线相互平行，第四个连杆两端的转动副轴线相互平行且垂直于第一、二连杆连接的转动副轴线；分支三中第一连杆的一端通过移动副与定平台滑槽连接，另一端与平行四边形铰链连接其轴线平行于移动副中心线，该平行四边形铰链另一端与第二个连杆连接，连杆另一端通过轴线平行于平行四边形铰链轴线的转动副与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过转动副与第四个连杆连接，连杆四的另一端通过轴线垂直于第三个连杆两端转动副轴线且平行于定平台的转动副与动平台连接；机构末端通过垂直于动平台的转动副与动平台连接。分支四第一个连杆通过圆柱副与定平台上的圆柱导轨连接，连杆另一端通过转动副与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，其中第二个连杆两端的转动副轴线相互垂直，第三个连杆两端的转动副轴线相互平行。

2.根据权利要求1所述的一种解耦的两移两转四自由度并联机构，其特征在于：上述分支一中与定平台连接的移动副为输入驱动；上述分支一中与第二个连杆连接的转动副为输入驱动；上述分支三中与定平台连接的移动副为输入动驱动；上述分支四中与第一个连杆连接的转动副为输入驱动。

3.根据权利要求1所述的一种解耦的两移两转四自由度并联机构，其特征在于：上述分支一中，第二个连杆两端的移动副和转动副可以用圆柱副；上述分支二中，第三个连杆两端的转动副可以用万向铰代替；上述分支三中，第四个连杆两端的转动副可以用万向铰代替；上述分支四中第二个连杆两端的转动副可以用万向铰代替。