CN108858154A - 一种具有三自由度的角台并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种具有三自由度的角台并联机构，包括呈立方体角台形状的动平台和定平台，动平台分别通过三条支链与定平台连接，三条所述支链的结构和尺寸完全相同，每条支链均包含与定平台相连的平行四边形四杆机构，平四边形四杆机构还依次连接有转动副R15，转动副R16和转动副R17，转动副R17与动平台连接，转动副R15、转动副R16与转动副R17的轴线两两相互垂直。本发明公开的一种具有三自由度的角台并联机构，具有转动三个自由度，动平台的转动中心为连接在动平台上转轴的交点。本发明的并联机构具有三条支链，动平台的承载刚度大，能够基于此机构设计运动模拟、运动康复等设备。

Description

一种具有三自由度的角台并联机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及一种具有三自由度的角台并联机构。
背景技术
并联机器人机构为空间多自由度多环闭链形式。自上世纪八十年代以来，并联机构因其具有刚度高、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点而在虚拟轴机床、微动操作台、运动模拟器以及多维力传感器等行业领域获得广泛应用。并联机构具有2、3、4、5或6个自由度，目前，对6个自由度并联机构的研究较为全面和深入，但是自由度越多，则制造和控制的成本也相对较高，并且不易控制，制造与安装过程复杂。因而，并联机构自由度的减少将使得机构结构更为简单，制造和控制成本也相对较低，故在满足预期工作要求的情况下，少自由度并联机器人有其独特的优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有三自由度的角台并联机构，使用虚拟转动中心一定程度上解决了现有并联机构的安装布置问题，具有承载刚度大、精确度高及灵巧性强的特点。
本发明所采用的技术方案是，一种具有三自由度的角台并联机构，包括呈立方体角台形状的动平台和定平台，动平台分别通过三条支链与定平台连接，三条支链的结构和尺寸完全相同，每条支链均包含与定平台相连的平行四边形四杆机构，平四边形四杆机构还依次连接有转动副R15，转动副R16和转动副R17，转动副R17与动平台连接，转动副R15、转动副R16与转动副R17的转轴轴线两两相互垂直。
本发明的其他特点还在于，
动平台包括B1、B2和B3，B1、B2和B3分别位于三个相互垂直且相交于一点的三条轴线上，该点为角台顶点，动平台绕着该角台顶点运动，定平台包括A1、A2和A3，A1、A2和A3分别位于三个相互垂直且相交于一点的三条轴线上。
三条支链中的转动副R17的转轴轴线两两相互垂直，并相交于动平台的角台顶点。
平行四边形四杆机构包括固定在定平台上相互平行的转动副R11和转动副R12，转动副R11通过连杆与转动副R14相连，转动副R12通过连杆与转动副R13相连，转动副R13与转动副R14通过连杆相连，转动副R13的转轴轴线与转动副R14的转轴轴线相互平行，三条支链中的转动副R11连接有驱动电机。
连接转动副R13与转动副R14的连杆的一端上还连接转动副R15，转动副R15与通过连杆与转动副R16相连，转动副R16通过连杆与转动副R17相连。
转动副R15与转动副R14共面平行，转动副R16的转轴轴线与平行四边形四杆机构的转动方向的轴线垂直，且转动副R16转轴轴线过动平台的角台顶点。
三条支链中的转动副R11的转轴轴线相互垂直。
本发明的有益效果是，一种具有三自由度的角台并联机构，使用虚拟转动中心一定程度上解决了现有并联机构的安装布置问题，具有承载刚度大、精确度高及灵巧性强的特点。具有三个自由度，动平台的转动中心为连接在动平台上转轴的交点，具有三条支链，动平台的承载刚度大，能够基于此机构设计运动模拟、运动康复等设备。
附图说明
图1是本发明的一种具有三自由度的角台并联机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种具有三自由度的角台并联机构，如图1所示，包括呈立方体角台形状的动平台和定平台，动平台分别通过三条支链与定平台连接，三条支链的结构和尺寸完全相同，每条支链均包含与定平台相连的平行四边形四杆机构，平四边形四杆机构还依次连接有转动副R15，转动副R16和转动副R17，转动副R17与动平台连接。
动平台包括B1、B2和B3，B1、B2和B3分别位于三个相互垂直且相交于一点的三条轴线上，该点为角台顶点，动平台绕着该角台顶点运动，定平台包括A1、A2和A3，A1、A2和A3分别位于三个相互垂直且相交于一点的三条轴线上。
三条支链中的转动副R17的转轴轴线两两相互垂直，并相交于动平台的角台顶点。
平行四边形四杆机构包括固定在定平台上相互平行的转动副R11和转动副R12，转动副R11通过连杆与转动副R14相连，转动副R12通过连杆与转动副R13相连，转动副R13与转动副R14通过连杆相连，转动副R13的转轴轴线与转动副R14的转轴轴线相互平行。
连接转动副R13与转动副R14的连杆的一端上还连接转动副R15，转动副R15与通过连杆与转动副R16相连，转动副R16通过连杆与转动副R17相连。
转动副R15与转动副R14、转动副R13共面平行，转动副R16的转轴轴线与平行四边形四杆机构的转动方向的轴线垂直，且转动副R16转轴轴线过动平台的角台顶点。
转动副R15、转动副R16与转动副R17的转轴轴线两两相互垂直。
三条支链中的转动副R11连接有驱动电机，并且三个转动副R11的转轴轴线相互垂直。
本发明的一种具有三自由度的角台并联机构，在图1所示机构位形下，转动副R16转轴轴线过转动副R11和R12的转轴轴线，转动副R17与转动副R16相交于动平台B1B2B3的坐标系原点O，转动副R17与转动副R16，转动副R15的转轴轴线两两垂直，转动副R17的转轴轴线与转动副R15的转轴轴线相交，动平台的坐标系与定平台的坐标系完全重合。
本发明的一种具有三自由度的角台并联机构的工作过程，启动驱动电机，带动转动副R11转动，三条支链中的转动副R15、R16、R17转动，最终动平台1的姿态发生改变；动平台1的承载刚度大，使用3个转动副R11使得动平台1的3个姿态参数都发生变化，能够基于此机构设计运动模拟、运动康复等设备。
在图1所示机构位形下，支链1中的转动副R11转动，带动转动副R15绕O点做沿Z轴的转动，与支链1的运动类似，支链2、支链3中的转动副R11转动，带动转动副R15绕O点做沿X轴、Y轴的运动。

Claims (7)

1.一种具有三自由度的角台并联机构，其特征在于，包括呈立方体角台形状的动平台和定平台，所述动平台分别通过三条支链与定平台连接，三条所述支链的结构和尺寸完全相同，每条所述支链均包含与所述定平台相连的平行四边形四杆机构，所述平四边形四杆机构还依次连接有转动副R15，转动副R16和转动副R17，所述转动副R17与所述动平台连接，所述转动副R15、所述转动副R16与所述转动副R17的转轴轴线两两相互垂直。
2.如权利要求1所述的一种具有三自由度的角台并联机构，其特征在于，所述动平台包括B1、B2和B3，B1、B2和B3分别位于三个相互垂直且相交于一点的三条轴线上，该点为角台顶点，所述动平台绕着该角台顶点运动，所述定平台包括A1、A2和A3，A1、A2和A3分别位于三个相互垂直且相交于一点的三条轴线上。
3.如权利要求2所述的一种具有三自由度的角台并联机构，其特征在于，三条所述支链中的所述转动副R17的转轴轴线两两相互垂直，并相交于所述动平台的角台顶点。
4.如权利要求1所述的一种具有三自由度的角台并联机构，其特征在于，所述平行四边形四杆机构包括固定在定平台上相互平行的转动副R11和转动副R12，所述转动副R11通过连杆与转动副R14相连，所述转动副R12通过连杆与转动副R13相连，所述转动副R13与所述转动副R14通过连杆相连，所述转动副R13的转轴轴线与所述转动副R14的转轴轴线相互平行，三条所述支链中的所述转动副R11连接有驱动电机。
5.如权利要求4所述的一种具有三自由度的角台并联机构，其特征在于，所述连接转动副R13与转动副R14的连杆的一端上还连接转动副R15，所述转动副R15与通过连杆与转动副R16相连，所述转动副R16通过连杆与转动副R17相连。
6.如权利要求5所述的一种具有三自由度的角台并联机构，其特征在于，所述转动副R15与所述转动副R14共面平行，所述转动副R16的转轴轴线与所述平行四边形四杆机构的转动方向的轴线垂直，且所述转动副R16转轴轴线过所述动平台的角台顶点。
7.如权利要求1所述的一种具有三自由度的角台并联机构，其特征在于，三条所述支链中的所述转动副R11的转轴轴线相互垂直。
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