CN108908296A - 具有3r1t和2r2t两种运动模式的并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构,包括矩形动平台B1B2B3B4和矩形定平台A1A2A3A4,定平台A1A2A3A4分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B4连接,第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B4的连接处分别记为B1、B2、B3和B4。本发明公开的并联机构具有两种不同的四自由度运动模式,在3R1T或2R2T的运动模式中,只需要四个驱动就能实现对该机构的控制,以较少的驱动副,可以实现两种不同的运动模式,增大了该机构的应用范围,降低了该机构的制造成本。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域,涉及一种具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构。
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,而少自由度的并联机器人精确度相对较低、灵巧性相对较弱。
发明内容
本发明目的是提供一种具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构,解决了现有并联机构精确度相对较低、灵巧性相对较弱的问题。本发明的装置具有刚度高、精确度高以及灵巧性强的特点。
本发明所采用的技术方案是,具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构,包括矩形动平台B1B2B3B4和矩形定平台A1A2A3A4,定平台A1A2A3A4分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B4连接,第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B4的连接处分别记为B1、B2、B3和B4。
本发明的其他特点还在于,
第一支链包括在定平台A1A2A3A4的A1处安装的万向铰,万向铰连接转动副R11和转动副R12,转动副R11固定连接在A1点处,并且转动副R11的轴线和Y轴平行,转动副R12的轴线和转动副R11的轴线相交于A1点,万向铰依次连接第一连杆、移动副P13、第二连杆,第二连杆通过万向铰连接在动平台的B1点处,万向铰上连接有两个轴线相交的转动副R15和转动副R14。
第二支链包括与定平台A1A2A3A4的A2点连接的移动副P21,移动副P21连接第三连杆,第三连杆通过球铰S22与第四连杆连接,第四连杆通过移动副P23连接在所述动平台B1B2B3B4的B2点处。
第三支链包括连接在定平台A1A2A3A4的A3点处的球副S31,球副S31连接第五连杆,第五连杆通过移动副P32连接第六连杆,第六连杆通过球副S33连接在动平台B1B2B3B4的B3点处。
第四支链包括连接在定平台A1A2A3A4的A4点处的球副S43,球副S43连接第七连杆,第七连杆通过移动副P42连接第八连杆,第八连杆通过球副S44连接在动平台B1B2B3B4的B4点处。
本发明的有益效果是,一种具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构,解决了现有并联机构精确度相对较低、灵巧性相对较弱的问题。本发明的装置具有刚度高、精确度高以及灵巧性强的特点。该装置具有两种不同的四自由度运动模式,在3R1T或2R2T的运动模式中,只需要4个驱动就能实现对该机构的控制,以较少的驱动副,可以实现两种不同的运动模式,增大了该机构的应用范围,降低了该机构的制造成本。
附图说明
图1是本发明的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构的结构示意图;
图2是本发明的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构的处于2R2T运动模式下的结构示意图;
图3是本发明的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构处于3R1T运动模式下的结构示意图。
图中,1.第一连杆,2.第二连杆,3.第三连杆,4.第四连杆,5.第五连杆,6.第六连杆,7.第七连杆,7.第八连杆,9.定平台,10.动平台。
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。
本发明的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构,如图1所示,包括矩形动平台B1B2B3B410和矩形定平台A1A2A3A49,定平台A1A2A3A49分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B410连接,第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与动平台B1B2B3B410的连接处分别记为B1、B2、B3和B4。
第一支链包括在定平台A1A2A3A4的A1处安装的万向铰,万向铰连接转动副R11和转动副R12,转动副R11固定连接在A1点处,并且转动副R11的转轴轴线和Y轴平行,转动副R12的转轴轴线和转动副R11的轴线相交于A1点,万向铰依次连接第一连杆1、移动副P13、第二连杆2,第二连杆2通过万向铰连接在动平台的B1点处,万向铰上连接有两个转轴轴线相交的转动副R15和转动副R14。
第二支链包括与与定平台A1A2A3A49的A2点连接的移动副P21,移动副P21连接第三连杆3,第三连杆3通过球铰S22与第四连杆4连接,第四连杆4通过移动副P23连接在动平台B1B2B3B410的B2点处。
第三支链包括连接在定平台A1A2A3A49的A3点处的球副S31,球副S31连接第五连杆5,第五连杆5通过移动副P32连接第六连杆6,第六连杆6通过球副S33连接在动平台B1B2B3B410的B3点处。
第四支链包括连接在定平台A1A2A3A49的A4点处的球副S43,球副S43连接第七连杆7,第七连杆7通过移动副P42连接第八连杆8,第八连杆8通过球副S44连接在动平台B1B2B3B4的B4点处。
本发明的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构,如图1所示的位形下,此时机构具有3R2T运动模式,该运动模式具有瞬时性,动平台具有3个转动自由度和沿Y、Z轴方向的2个移动自由度。控制4条支链中的5个移动驱动副,使得机构到达图2、图3中不同运动模式的机构位形;
动平台10沿平行于支链2的移动副P23移动,得到图2所示机构位形,此时机构具有2R2T运动模式,动平台具有绕平行于R11和R12两个转轴转动的2个转动自由度,和沿Y、Z轴移动的2个移动移动自由度;
处于机构3R1T运动模式与2R2T运动模式的变换位形,图1所示机构位形下,定平台9绕球副S22,沿第一支链中连接动平台B1点处的万向铰中的转动副R15的转轴轴线转动后,得到图3所示机构位形,此时机构具有3R1T运动模式,动平台10可绕球副S22做3个自由度的转动,可以沿Y轴做一个自由度的移动;在机构处于图1所示机构位形下,控制4条支链中的5个移动副,使得机构到达图2、图3中不同运动模式的机构位形。
在第一支链中的移动副P13上设置驱动电机作为驱动副,第二支链中的两个移动副P21、P23上设置驱动电机作为驱动副;第二支链中的移动驱动副P23为辅助移动驱动副,只在该机构运动模式变换的位形下工作;第三支链中的移动副P32和第四支链中的移动副P42上设置移动驱动电机。
当动平台10沿Z轴正向移动有限位移,机构位于图2所示机构位形,此时机构具有2R2T运动模式,动平台可以沿Y、Z轴移动,可以沿平行与X轴、Y轴的转轴转动,控制第一支链的移动副P12、第三支链移动副P32和第四支链中的移动副P42,控制第二支链中连接定平台的移动副P21,可以实现2R2T运动模式下机构的控制。
当机构处于图3所示机构位形下,控制第一支链中的移动副P12、第三支链中的移动副P32和第四支链中的移动副P42,控制第二支链中连接定平台的移动副P21可以实现3R1T运动模式下机构的控制。
Claims (5)
1.具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构,其特征在于,包括矩形动平台B1B2B3B4(10)和矩形定平台A1A2A3A4(9),所述定平台A1A2A3A4(9)分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与所述动平台B1B2B3B4(10)连接,所述第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与所述动平台B1B2B3B4(10)的连接处分别记为B1、B2、B3和B4。
2.如权利要求1所述的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构,其特征在于,所述第一支链包括在所述定平台A1A2A3A4(9)的A1处安装的万向铰,所述万向铰连接转动副R11和转动副R12,所述转动副R11固定连接在A1点处,并且转动副R11的轴线和Y轴平行,所述转动副R12的轴线和所述转动副R11的轴线相交于A1点,所述万向铰依次连接第一连杆(1)、移动副P13、第二连杆(2),所述第二连杆(2)通过万向铰连接在所述动平台B1B2B3B4(10)的B1点处,所述万向铰上连接有两个轴线相交的转动副R15和转动副R14。
3.如权利要求1所述的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构,其特征在于,所述第二支链包括与所述定平台A1A2A3A4(9)的A2点连接的移动副P21,所述移动副P21连接第三连杆(3),所述第三连杆(3)通过球铰S22与第四连杆(4)连接,所述第四连杆(4)通过移动副P23连接在所述动平台B1B2B3B4(10)的B2点处。
4.如权利要求1所述的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构,其特征在于,所述第三支链包括连接在所述定平台A1A2A3A4(9)的A3点处的球副S31,所述球副S31连接第五连杆(5),所述第五连杆(5)通过移动副P32连接第六连杆(6),所述第六连杆(6)通过球副S33连接在所述动平台B1B2B3B4(10)的B3点处。
5.如权利要求1所述的具有3R1T和2R2T两种运动模式的并联机构,其特征在于,所述第四支链包括连接在所述定平台A1A2A3A4(9)的A4点处的球副S43,所述球副S43连接第七连杆(7),所述第七连杆(7)通过移动副P42连接第八连杆(8),所述第八连杆(8)通过球副S44连接在所述动平台B1B2B3B4(10)的B4点处。
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