CN110465923B - 有三移动、两移动一转动和两转动一移动模式的并联机构 - Google Patents

有三移动、两移动一转动和两转动一移动模式的并联机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开的有三移动、两移动一转动和两转动一移动模式的并联机构，包括有动平台和定平台，动平台上连接有第一支链、第二支链、第三支链，动平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链与定平台连接；第一支链包括有依次连接的移动副P11、第一连杆、转动副R11、第二连杆、转动副R12、第三连杆及万向铰U11，移动副P11还与定平台连接，万向铰U11还与动平台连接。该并联机构，能够适用到运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床，能够快速进行运动模式的变换，满足其复杂情况下的工作需求。

Description

有三移动、两移动一转动和两转动一移动模式的并联机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种有三移动、两移动一转动和两转动一移动模式的并联机构。
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。
具有多种运动模式的并联机构，在机构奇异位形下，具有运动分岔的特性，可以通过较少的驱动副和支链实现多种运动模式，从而适应多种不同的工作需要。并且这类机构的运动模式变换，不需要对机构进行重新组装，运动模式的变换速度快、过程简便。在运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床等领域具有一定应用价值。同时具有三移动(3T)、两移动一转动(2T1R)、两转动一移动(2R1T)三种运动模式的并联结构来适应多种不同的运动方式，适应多种境况下的工作，简化整体的工作流程，但是目前同时具有三移动(3T)、两移动一转动(2T1R)和两转动一移动(2R1T)三种运动模式的并联结构较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种有三移动、两移动一转动和两转动一移动模式的并联机构，能够适用到运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床，能够快速进行运动模式的变换，满足其复杂情况下的工作需求。
本发明所采用的技术方案是，有三移动、两移动一转动和两转动一移动模式的并联机构，包括有动平台和定平台，动平台上连接有第一支链、第二支链、第三支链，动平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链与定平台连接；
第一支链包括有依次连接的移动副P11、第一连杆、转动副R11、第二连杆、转动副R12、第三连杆及万向铰U11，移动副P11还与定平台连接，万向铰U11还与动平台连接。
本发明的特征还在于，
移动副P11上连接有驱动电机。
移动副P11的移动方向、转动副R11的转动轴线、转动副R12的转动轴线、万向铰U11中与第三连杆连接的转动副的转动轴线均垂直于水平面。
第二支链包括有依次连接的万向铰U21、第四连杆、移动副P21、第五连杆及万向铰U22，万向铰U21还与定平台连接，万向铰U22还与动平台连接。
移动副P21上连接有驱动电机。
万向铰U21中与定平台1连接的转动副连接有辅助驱动电机。
第三支链包括有依次连接的万向铰U31、第六连杆、移动副P31、第七连杆及万向铰U32，万向铰U31还与定平台连接，万向铰U32还与动平台连接。
移动副P31上连接有驱动电机。
本发明的有益效果是，该机构具有3T、2T1R、2R1T三种运动模式的并联机构，三条支链能够灵活运动，能够通过控制移动副和转动副使得该并联机构实现三移动(3T)、两移动一转动(2T1R)、两转动一移动(2R1T)的运动模式，从而使得本发明的并联机构使用于运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床等领域后，能够快速进行运动模式的变换，满足其复杂情况下的工作需求。
附图说明
图1是本发明有三移动、两移动一转动和两转动一移动模式的并联机构具有3T运动模式时的位形示意图；
图2是本发明的并联机构具有3T1R瞬时自由度时的位形示意图；
图3是本发明的并联机构具有2T1R运动模式时的位形示意图；
图4是本发明的并联机构具有2T2R瞬时自由度时的位形示意图；
图5是本发明的并联机构具有2R1T运动模式时的位形示意图。
图中，1.定平台，2.第一连杆，3.第二连杆，4.第三连杆，5.第四连杆，6.第五连杆，7.第六连杆，8.第七连杆，9.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。
本发明有三移动、两移动一转动和两转动一移动模式的并联机构，包括有动平台9和定平台1，动平台9上连接有第一支链、第二支链、第三支链，动平台9分别通过第一支链、第二支链、第三支链与定平台1连接；
定义动平台1与第一支链连接处为B1，定义动平台1与所述第二支链连接处为B2，定义动平台1与第三支链连接处为B3；
第一支链包括有依次连接的移动副P11、第一连杆2、转动副R11、第二连杆3、转动副R12、第三连杆4及万向铰U11，移动副P11还与定平台1连接，万向铰U11还与动平台9连接。
万向铰U11、万向铰U21、万向铰U22、万向铰U31、万向铰U32，结构相同均由两个转动副连接组成。
第二支链包括有依次连接的万向铰U21、第四连杆5、移动副P21、第五连杆6及万向铰U22，万向铰U21还与定平台1连接，万向铰U22还与动平台9连接。
第三支链包括有依次连接的万向铰U31、第六连杆7、移动副P31、第七连杆8及万向铰U32，万向铰U31还与定平台1连接，万向铰U32还与动平台9连接。
移动副P11上连接有驱动电机。
移动副P21上连接有驱动电机。
移动副P31上连接有驱动电机。
万向铰U21中与定平台1连接的转动副连接有辅助驱动电机，该电机只在机构运动模式变换时工作。
移动副P11的移动方向、转动副R11的转动轴线、转动副R12的转动轴线、万向铰U11中与第三连杆4连接的转动副的转动轴线均垂直于水平面。
在如图1所示的位形下，移动副P11的移动方向、转动副R11、转动副R12和与第三连杆4连接的万向铰U11中的转动副，它们的转动轴线均与水平面垂直；万向铰U21中连接第四连杆5的转动副的转动轴线与万向铰U22中连接第五连杆6的转动副的转动轴线平行；万向铰U21中不与第四连杆5连接的转动副的转动轴线与万向铰U22中不与第五连杆6连接的转动副的转动轴线平行，并且万向铰U22中与动平台9连接的转动副的转动轴线与第一支链中连接动平台9的万向铰U11中的转动副的转动轴线平行。
万向铰U31中连接第六连杆7的转动副的转动轴线与万向铰U32中连接第七连杆8的转动副的转动轴线平行；万向铰U31中不与第六连杆7连接的转动副的转动轴线与万向铰U32中不与第七连杆8连接的转动副的转动轴线平行，并且万向铰U32与动平台9连接的转动副的转动轴线与第一支链中连接动平台9的万向铰U11中的转动副的转动轴线不平行。并且万向铰U31中与定平台1连接的转动副的转动轴线与水平面垂直。
如图1所示机构位形下，动平台具有3T运动模式，控制移动驱动副P31，移动副P21，移动副P11，可实现对机构的控制。
当图1所示机构运动到图2所示位形时，第三支链中动平台9具有3R1T运动模式。此位形下，万向铰U21中连接第四连杆5的转动副的转动轴线与万向铰U22中连接第五连杆6的转动副的转动轴线平行；万向铰U21中不与第四连杆5连接的转动副的转动轴线与万向铰U22中不与第五连杆6连接的转动副的转动轴线平行。万向铰U31中连接第六连杆7的转动副的转动轴线与万向铰U32中连接第七连杆8的转动副的转动轴线平行；万向铰U31中不与第六连杆7连接的转动副的转动轴线与万向铰U32中不与第七连杆8连接的转动副的转动轴线平行，上述两个转动副的转动轴线均垂直于动平台9所在平面。并且，万向铰U31中连接第六连杆7的转动副的转动轴线及万向铰U32中连接第七连杆8的转动副的转动轴线均与万向铰U11中连接动平台9的转动副的转动轴线平行。
控制移动副P31、移动副P21、移动副P11，万向铰U21中与定平台1连接的转动副，可使机构运动到图3所示位形。此位形下，万向铰U31中不与第六连杆7连接的转动副的转动轴线与万向铰U32中不与第七连杆8连接的转动副的转动轴线相交。万向铰U31中与第六连杆7连接的转动副的转动轴线与万向铰U32中与第七连杆8连接的转动副的转动轴线平行，还与万向铰U11中与动平台9连接的转动副的转动轴线平行。万向铰U21中连接第四连杆5的转动副的转动轴线与万向铰U22中连接第五连杆6的转动副的转动轴线平行；万向铰U21中不与第四连杆5连接的转动副的转动轴线与万向铰U22中不与第五连杆6连接的转动副的转动轴线平行。图3所示机构位形下，动平台具有2T1R运动模式，控制移动副P31、移动副P21、移动副P11，可实现机构在该运动模式下的控制。。
控制移动副P31、移动副P21、移动副P11，可使机构运动到图4所示位形。此位形下，万向铰U21中连接第四连杆5的转动副的转动轴线与万向铰U22中连接第五连杆6的转动副的转动轴线平行，还与万向铰U11中不与动平台9连接的转动副的转动轴线平行，且与U31中与定平台1连接的转动副的转动轴线平行；万向铰U21中不与第四连杆5连接的转动副的转动轴线与万向铰U22中不与第五连杆6连接的转动副的转动轴线平行，且垂直于水平面。此位形下，机构具有2R2T瞬时自由度。
控制移动副P31、移动副P21、移动副P11，万向铰U21中与定平台1连接的转动副，可使机构运动到图5所示位形。此位形下，万向铰U21中连接第四连杆5的转动副的转动轴线与万向铰U22中连接第五连杆6的转动副的转动轴线平行，且与U11中不与动平台9连接的转动副的转动轴线平行，且与U31中连接定平台1的转动副的转动轴线平行，垂直于水平面；万向铰U21中不与第四连杆5连接的转动副的转动轴线与万向铰U22中不与第五连杆6连接的转动副的转动轴线相交。
万向铰U31中连接第六连杆7的转动副的转动轴线与万向铰U32中连接第七连杆8的转动副的转动轴线平行，且与万向铰U11中连接动平台9的转动副的转动轴线平行。万向铰U31中不连接第六连杆7的转动副的转动轴线与万向铰U32中不连接第七连杆8的转动副的转动轴线相交。此位形下，机构具有2R1T运动模式，控制移动副P31、移动副P21、移动副P11，可实现机构在该运动模式下的控制。
本发明的并联机构，定平台和动平台通过3条支链连接，通过控制移动副和转动副能够使得该并联机构实现不同的运动模式，即包括三移动(3T1R)、两移动一转动(2T1R)、两转动一移动(2R1T)，能够适用到运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床，能够快速进行运动模式的变换，满足其复杂情况下的工作需求。

Claims (1)

1.有三移动、两移动一转动和两转动一移动模式的并联机构，其特征在于，包括有动平台(9)和定平台(1)，所述动平台(9)上连接有第一支链、第二支链、第三支链，所述动平台(9)分别通过第一支链、第二支链、第三支链与定平台(1)连接；
所述第一支链包括有依次连接的移动副P11、第一连杆(2)、转动副R11、第二连杆(3)、转动副R12、第三连杆(4)及万向铰U11，移动副P11还与定平台(1)连接，万向铰U11还与动平台(9)连接；
所述移动副P11上连接有驱动电机；
移动副P11的移动方向、转动副R11的转动轴线、转动副R12的转动轴线、万向铰U11中与第三连杆(4)连接的转动副的转动轴线均垂直于水平面；
所述第二支链包括有依次连接的万向铰U21、第四连杆(5)、移动副P21、第五连杆(6)及万向铰U22，万向铰U21还与定平台(1)连接，万向铰U22还与动平台(9)连接；
所述移动副P21上连接有驱动电机；
所述万向铰U21中与所述定平台(1)连接的转动副连接有辅助驱动电机；
所述第三支链包括有依次连接的万向铰U31、第六连杆(7)、移动副P31、第七连杆(8)及万向铰U32，万向铰U31还与定平台(1)连接，万向铰U32还与动平台(9)连接；
所述移动副P31上连接有驱动电机；
在第一种机构位形下，移动副P11的移动方向、转动副R11、转动副R12和与第三连杆(4)连接的万向铰U11中的转动副，它们的转动轴线均与水平面垂直；万向铰U21中连接第四连杆(5)的转动副的转动轴线与万向铰U22中连接第五连杆(6)的转动副的转动轴线平行；万向铰U21中不与第四连杆(5)连接的转动副的转动轴线与万向铰U22中不与第五连杆(6)连接的转动副的转动轴线平行，并且万向铰U22中与动平台(9)连接的转动副的转动轴线与第一支链中连接动平台(9)的万向铰U11中的转动副的转动轴线平行；
万向铰U31中连接第六连杆(7)的转动副的转动轴线与万向铰U32中连接第七连杆(8)的转动副的转动轴线平行；万向铰U31中不与第六连杆(7)连接的转动副的转动轴线与万向铰U32中不与第七连杆(8)连接的转动副的转动轴线平行，并且万向铰U32与动平台(9)连接的转动副的转动轴线与第一支链中连接动平台(9)的万向铰U11中的转动副的转动轴线不平行；并且万向铰U31中与定平台(1)连接的转动副的转动轴线与水平面垂直；
在第一种机构位形下，动平台具有3T运动模式，控制移动驱动副P31，移动副P21，移动副P11，实现对机构的控制；
当第一种机构运动到第二种机构位形时，第三支链中动平台(9)具有3R1T运动模式，第二种机构位形下，万向铰U21中连接第四连杆(5)的转动副的转动轴线与万向铰U22中连接第五连杆(6)的转动副的转动轴线平行；万向铰U21中不与第四连杆(5)连接的转动副的转动轴线与万向铰U22中不与第五连杆(6)连接的转动副的转动轴线平行；万向铰U31中连接第六连杆(7)的转动副的转动轴线与万向铰U32中连接第七连杆(8)的转动副的转动轴线平行；万向铰U31中不与第六连杆(7)连接的转动副的转动轴线与万向铰U32中不与第七连杆(8)连接的转动副的转动轴线平行，上述两个转动副的转动轴线均垂直于动平台(9)所在平面；并且，万向铰U31中连接第六连杆(7)的转动副的转动轴线及万向铰U32中连接第七连杆(8)的转动副的转动轴线均与万向铰U11中连接动平台(9)的转动副的转动轴线平行；
控制移动副P31、移动副P21、移动副P11，万向铰U21中与定平台(1)连接的转动副，使机构运动到第三种机构位形；第三种机构位形下，万向铰U31中不与第六连杆(7)连接的转动副的转动轴线与万向铰U32中不与第七连杆(8)连接的转动副的转动轴线相交；万向铰U31中与第六连杆(7)连接的转动副的转动轴线与万向铰U32中与第七连杆(8)连接的转动副的转动轴线平行，还与万向铰U11中与动平台(9)连接的转动副的转动轴线平行；万向铰U21中连接第四连杆(5)的转动副的转动轴线与万向铰U22中连接第五连杆(6)的转动副的转动轴线平行；万向铰U21中不与第四连杆(5)连接的转动副的转动轴线与万向铰U22中不与第五连杆(6)连接的转动副的转动轴线平行；第三种机构位形下，动平台具有2T1R运动模式，控制移动副P31、移动副P21、移动副P11，实现机构在该运动模式下的控制；
控制移动副P31、移动副P21、移动副P11，使机构运动到第四种机构位形；第四种机构位形下，万向铰U21中连接第四连杆(5)的转动副的转动轴线与万向铰U22中连接第五连杆(6)的转动副的转动轴线平行，还与万向铰U11中不与动平台(9)连接的转动副的转动轴线平行，且与U31中与定平台(1)连接的转动副的转动轴线平行；万向铰U21中不与第四连杆(5)连接的转动副的转动轴线与万向铰U22中不与第五连杆(6)连接的转动副的转动轴线平行，且垂直于水平面；第四种机构位形下，机构具有2R2T瞬时自由度；
控制移动副P31、移动副P21、移动副P11，万向铰U21中与定平台(1)连接的转动副，使机构运动到第五种机构位形；第五种机构位形下，万向铰U21中连接第四连杆(5)的转动副的转动轴线与万向铰U22中连接第五连杆(6)的转动副的转动轴线平行，且与U11中不与动平台(9)连接的转动副的转动轴线平行，且与U31中连接定平台(1)的转动副的转动轴线平行，垂直于水平面；万向铰U21中不与第四连杆(5)连接的转动副的转动轴线与万向铰U22中不与第五连杆(6)连接的转动副的转动轴线相交；
万向铰U31中连接第六连杆(7)的转动副的转动轴线与万向铰U32中连接第七连杆(8)的转动副的转动轴线平行，且与万向铰U11中连接动平台(9)的转动副的转动轴线平行；万向铰U31中不连接第六连杆(7)的转动副的转动轴线与万向铰U32中不连接第七连杆(8)的转动副的转动轴线相交；第五种机构位形下，机构具有2R1T运动模式，控制移动副P31、移动副P21、移动副P11，实现机构在该运动模式下的控制。
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