CN212683956U - 一种无牵连运动的1t2r并联机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无牵连运动的1T2R并联机构，其在使用时无牵连运动同时运动具有三角化解耦特性。其包括定平台、动平台和用于连接定平台和动平台的支链一、支链二和支链三，支链一包括移动副一、万向副一；支链二包括移动副二、转动副一、万向副二；支链三包括移动副三、转动副二、万向副三、转动副三。并联机构的输出运动类型为PU类，其转动中心不存在x、y方向的牵连运动，且其运动具有三角化解耦特性。该机构可作为并联机器人或机械手的执行机构，实现两维转动和一维移动三自由度抓取或其他操作。

Description

一种无牵连运动的1T2R并联机构

技术领域

本实用新型涉及并联机器人技术领域，具体为一种无牵连运动的1T2R并联机构。

背景技术

近年来，PU类1T2R少自由度并联机构，已经在多轴加工机床、坐标测量机、运动模拟器、微操作机械手等方面得到了实际应用。其中应用最为广泛的3-RPS并联机构，及与其同类异型的3-RRS、3-PPS、3-PRS(Z3主轴头)，由于其两条转轴间的几何关系具有时变性质，会导致动平台的转动中心发生x和y方向的牵连运动，即机构动平台转动时会引起被约束的两个移动自由度的小幅度运动。

尽管牵连运动的幅度较小，但对PU类并联的性能有重要影响，不仅使机构的运动学变得复杂，也增加了控制和标定的难度。例如：以3-PRS并联机构为基础的望远镜次级调焦装置，x、y方向的牵连运动会使望远镜光轴偏斜，造成成像畸变，且由于牵连运动是该机构的固有特性，无法通过自身的控制***来补偿；以Z3主轴头(3-PRS)为核心功能部件搭建的Ecospeed五轴加工中心，虽然牵连运动可以通过增加的两轴移动进行补偿，但这样使机构数学模型更复杂，限制了终端精度。此外，由于并联机构输入与输出间的耦合性，其运动学正解、动力学分析相较于串联机构，求解十分复杂，而强耦合性也使并联机构的控制与轨迹规划变得困难，具有解耦特性的并联机构更能满足工程实际需要，具有广泛的应用前景。避免牵连运动，同时保证机构的解耦特性，是设计新型PU类并联机构的关键问题。

现有的PU类1T2R并联机构如CN201625978U、CN208614774U；前者虽然无牵连运动，且实现了机构的三角化解耦，但由于采用了球铰，不仅限制了机构的转角，也增加了加工制造的难度；后者虽然未使用球铰，但机构仍存在一个方向上的牵连运动，影响机构的精度。因此避免牵连运动，同时保证机构的解耦特性，是设计新型PU类并联机构的关键问题。

实用新型内容

针对现有的并联机构存在牵连运动、机构耦合性强，运动不易控制问题，本实用新型提供了一种无牵连运动的1T2R并联机构，其在使用时无牵连运动同时运动具有三角化解耦特性。

其技术方案是这样的：一种无牵连运动的1T2R并联机构，其包括定平台、动平台和用于连接所述定平台和所述动平台的支链一、支链二和支链三，其特征在于：所述支链一包括移动副一、万向副一，所述移动副一与所述定平台连接，所述万向副一与所述动平台连接，所述移动副一通过连杆一与所述万向副一的连接轴一连接，所述移动副一的中心线与所述连接轴一的轴线垂直；

所述支链二包括移动副二、转动副一、万向副二，所述移动副二与所述定平台连接，所述万向副二与所述动平台连接，所述移动副二通过连杆二与所述转动副一连接，所述转动副一通过连杆三与所述万向副二的连接轴二连接，所述移动副二的中心线与所述转动副一的转动轴线垂直，所述转动副的转动轴线与所述连接轴二的轴线平行；

所述支链三包括移动副三、转动副二、万向副三、转动副三，所述移动副三与所述定平台连接，所述转动副三与所述动平台连接，所述移动副三通过连杆四与所述转动副二连接，所述转动副二通过连杆五与所述万向副三的连接轴三连接，所述万向副三的连接轴四通过连杆六与所述转动副三连接，所述移动副三的中心线与所述转动副二的转动轴线垂直，所述转动副二的转动轴线与所述连接轴三的轴线平行，所述连接轴四的轴线与所述转动副三的转动轴线平行，所述转动副三的转动轴线与所述动平台所在的平面平行；

所述移动副一、所述移动副二和所述移动副三的中心线分别垂直于所述定平台所在的平面；所述支链一与所述支链二位于同一平面内；所述万向副一的连接轴五与所述万向副二的连接轴六位于同一直线上。

其进一步特征在于：

所述万向副一通过所述连接轴五与所述动平台转动连接；

所述连接轴五与所述连接轴一垂直设置；

所述万向副二通过所述连接轴六与所述动平台转动连接；

所述连接轴六与所述连接轴二垂直设置；

所述连接轴三和所述连接轴四垂直设置；

所述移动副一由所述连杆一和连接在所述定平台上的推杆一构成；

所述移动副二由所述连杆二和连接在所述定平台上的推杆二构成；

所述移动副三由所述连杆四和连接在所述定平台上的推杆三构成；

所述移动副一由所述连杆一和连接在所述定平台上的推杆一构成；所述移动副二由所述连杆二和连接在所述定平台上的推杆二构成；所述移动副三由所述连杆四和连接在所述定平台上的推杆三构成；所述推杆一、所述推杆二、所述推杆三分别用于控制所述连杆一、所述连杆二、所述连杆四移动。

本实用新型的有益效果为：

1、该并联机构可实现两维转动和一维移动三自由度运动输出，由三条支链和动、定两个平台组成，结构简单稳定，刚性好，同时该并联机构各驱动副均为固定于定平台的移动副，降低了运动惯性，具有良好的运动特性；

2、该机构动平台的的两个转动自由度不会引起动平台在这两个方向上的移动，即该机构不存在牵连运动，提升了机构的输出运动性能，降低了机构标定的难度；

3、该机构运动具有三角化解耦特性，简化了机构的运动学，便于后续的轨迹规划与控制；

4、该机构结构较为简单，易于加工制造和装配，可应用于高精度、高速度领域，具有较高的实用价值和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型结构图；

图2为支链一结构示意图；

图3为支链二结构示意图；

图4为支链三结构示意图。

具体实施方式

如图1-图4所示的一种无牵连运动的1T2R并联机构，其包括定平台8、动平台2和用于连接定平台8和动平台2的支链一101、支链二102和支链三103，支链一101包括移动副一111、万向副一112，移动副一111与定平台8连接，万向副一112与动平台2转动连接，移动副一111通过连杆一1与万向副一112的连接轴一113连接，具体的连杆一1通过移动副一111与定平台8上的推杆一连接，移动副一111的中心线与连接轴一113的轴线垂直。

支链二102包括移动副二121、转动副一122、万向副二123，移动副二121与定平台8连接，万向副二123与动平台2转动连接，移动副二121通过连杆二6与转动副一122连接，转动副一122通过连杆三7与万向副二123的连接轴二124连接，移动副二121的中心线与转动副一122的转动轴线垂直，转动副122的转动轴线与连接轴二124的轴线平行。

支链三103包括移动副三131、转动副二132、万向副三133（其可以为十字轴万向节）、转动副三134，移动副三131与定平台8连接，转动副三134与动平台2固定连接，移动副三131通过连杆四3与转动副二132连接，转动副二132通过连杆五4与万向副三133的连接轴三135连接，万向副三133的连接轴四136通过连杆六5与转动副三134连接，连接轴三135和连接轴四136垂直设置，移动副三131的中心线与转动副二132的转动轴线垂直，转动副二132的转动轴线与连接轴三135的轴线平行，连接轴四136的轴线与转动副三134的转动轴线平行，转动副三134的转动轴线与动平台2所在的平面平行。

同时，该装置中的驱动副为与定平台8相连的三个移动副，移动副一111、移动副二121和移动副三131的中心线分别垂直于定平台8所在的平面且相互平行；支链一101与支链二102位于同一平面内；万向副一112的连接轴五114（用于将万向副一112与动平台2转动连接，并且连接轴五的轴线与连接轴一113的轴线垂直）与万向副二123的连接轴六125（用于将万向副二123与动平台2转动连接，并且连接轴六的轴线与连接轴二124的轴线垂直设置）位于同一直线上。

移动副一111由连杆一1和固定连接在定平台8上的推杆一构成；移动副二121由连杆二6和固定连接在定平台8上的推杆二构成；移动副三131由连杆四3和固定连接在定平台8上的推杆三构成；推杆一、推杆二、推杆三分别用于控制连杆一1、连杆二6、连杆四3移动。

支链一101中，移动副111为输入驱动，控制机构沿移动副111方向的移动，其驱动机构可采用电液推杆；支链二102中，移动副P21为输入驱动，控制机构绕万向副一112沿x轴方向（即连接轴一113的轴线方向）转动，其驱动机构可采用电液推杆；支链三中，移动副131为输入驱动，控制机构绕万向副一112沿y轴方向（即连接轴五114的轴线方向）转动,其驱动机构可采用电液推杆；最终实现该机构两转动一移动三角化解耦的输出运动关系。该PU类1T2R并联机构动平台两个转动自由度的转动轴线即为支链一中万向副的两条转动轴线，转动中心即为支链一中万向副的转动中心，并联机构的输出运动类型为PU类，其转动中心不存在x、y方向的牵连运动，且其运动具有三角化解耦特性。该机构可作为并联机器人或机械手的执行机构，实现两维转动和一维移动三自由度抓取或其他操作。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无牵连运动的1T2R并联机构，其包括定平台、动平台和用于连接所述定平台和所述动平台的支链一、支链二和支链三，其特征在于：所述支链一包括移动副一、万向副一，所述移动副一与所述定平台连接，所述万向副一与所述动平台连接，所述移动副一通过连杆一与所述万向副一的连接轴一连接，所述移动副一的中心线与所述连接轴一的轴线垂直；

所述支链二包括移动副二、转动副一、万向副二，所述移动副二与所述定平台连接，所述万向副二与所述动平台连接，所述移动副二通过连杆二与所述转动副一连接，所述转动副一通过连杆三与所述万向副二的连接轴二连接，所述移动副二的中心线与所述转动副一的转动轴线垂直，所述转动副的转动轴线与所述连接轴二的轴线平行；

所述支链三包括移动副三、转动副二、万向副三、转动副三，所述移动副三与所述定平台连接，所述转动副三与所述动平台连接，所述移动副三通过连杆四与所述转动副二连接，所述转动副二通过连杆五与所述万向副三的连接轴三连接，所述万向副三的连接轴四通过连杆六与所述转动副三连接，所述移动副三的中心线与所述转动副二的转动轴线垂直，所述转动副二的转动轴线与所述连接轴三的轴线平行，所述连接轴四的轴线与所述转动副三的转动轴线平行，所述转动副三的转动轴线与所述动平台所在的平面平行；

所述移动副一、所述移动副二和所述移动副三的中心线分别垂直于所述定平台所在的平面；所述支链一与所述支链二位于同一平面内；所述万向副一的连接轴五与所述万向副二的连接轴六位于同一直线上。

2.根据权利要求1所述的一种无牵连运动的1T2R并联机构，其特征在于：所述万向副一通过所述连接轴五与所述动平台转动连接。

3.根据权利要求2所述的一种无牵连运动的1T2R并联机构，其特征在于：所述连接轴五与所述连接轴一垂直设置。

4.根据权利要求1所述的一种无牵连运动的1T2R并联机构，其特征在于：所述万向副二通过所述连接轴六与所述动平台转动连接。

5.根据权利要求4所述的一种无牵连运动的1T2R并联机构，其特征在于：所述连接轴六与所述连接轴二垂直设置。

6.根据权利要求1所述的一种无牵连运动的1T2R并联机构，其特征在于：所述连接轴三和所述连接轴四垂直设置。

7.根据权利要求1所述的一种无牵连运动的1T2R并联机构，其特征在于：所述移动副一由所述连杆一和连接在所述定平台上的推杆一构成。

8.根据权利要求1所述的一种无牵连运动的1T2R并联机构，其特征在于：所述移动副二由所述连杆二和连接在所述定平台上的推杆二构成。

9.根据权利要求1所述的一种无牵连运动的1T2R并联机构，其特征在于：所述移动副三由所述连杆四和连接在所述定平台上的推杆三构成。

10.根据权利要求1所述的一种无牵连运动的1T2R并联机构，其特征在于：所述移动副一由所述连杆一和连接在所述定平台上的推杆一构成；所述移动副二由所述连杆二和连接在所述定平台上的推杆二构成；所述移动副三由所述连杆四和连接在所述定平台上的推杆三构成；所述推杆一、所述推杆二、所述推杆三分别用于控制所述连杆一、所述连杆二、所述连杆四移动。

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