三移動二轉(zhuǎn)動五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種機器人領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種三移動二轉(zhuǎn)動(3T2R)五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機構(gòu)通常由動平臺和固定平臺通過多條支鏈聯(lián)結(jié)而成，較串聯(lián)機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度、承載能力強、累積誤差小等優(yōu)點，故得到廣泛的工程實際應用中。
[0003]現(xiàn)有大多數(shù)五自由度并聯(lián)機構(gòu)不具有解耦特征，控制較為復雜，較難滿足工程實際應用要求；目前大多數(shù)五自由度并聯(lián)機構(gòu)均具有5條鏈，這不僅限制了動平臺的工作空間，而且增加材料，使結(jié)構(gòu)更為復雜?，F(xiàn)有大多數(shù)五自由度并聯(lián)機構(gòu)的特征并非解耦機構(gòu)，這增加了控制難度。
[0004]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN101716764A，公開(公告)日，2010.06.02，公開了一種適用于減振的五自由度冗余驅(qū)動混聯(lián)機構(gòu)，該機構(gòu)由定平臺，中間平臺、動平臺、六個主動支鏈和一個被動支鏈構(gòu)成。中間平臺通過三個結(jié)構(gòu)相同的分支與定平臺相連，每個分支中含有一個固定于定平臺上的傾斜放置的可伸縮桿作為驅(qū)動副，驅(qū)動桿的另一端通過萬向鉸與一根定長桿相連，而定長桿通過另一個萬向鉸與中間平臺相連，且兩個萬向鉸的內(nèi)軸線和外軸線分別相互平行；中間平臺與動平臺之間通過三個結(jié)構(gòu)相同分支連接，每個分支含有一個作為驅(qū)動副的可伸縮連桿，連桿一端用萬向鉸與中間平臺相連，另一端通過球鉸與動平臺相連；動平臺與中間平臺的中心通過含有一個萬向鉸的被動支鏈相連。但該技術(shù)為冗余驅(qū)動，要求驅(qū)動電機多于平臺自由度，且結(jié)構(gòu)較為復雜，不便于控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種三移動二轉(zhuǎn)動五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，其動平臺的轉(zhuǎn)動特征與移動特征具有轉(zhuǎn)動移動完全解耦的特點，并且本發(fā)明具有支鏈少，結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配，機構(gòu)性能高，易于控制。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明包括:動平臺、基座以及三條支鏈，其中:支鏈的一端均與基座活動連接，另一端與動平臺轉(zhuǎn)動連接，使得動平臺作三維移動和繞固定點作球面二自由度轉(zhuǎn)動。
[0008]所述的三條支鏈包括:兩個雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈和一個單轉(zhuǎn)動自由度支鏈。
[0009]所述的雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的移動副以及兩個弧形桿，其中:第一雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第一弧形桿的一端分別與動平臺和第一雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的一端轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第一雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第一弧形桿的另一端與移動副轉(zhuǎn)動連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第二雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第一弧形桿的一端分別與第二雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的一端以及第一雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的另一端轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第二雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的另一端與動平臺轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第二雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第一弧形桿的另一端與移動副轉(zhuǎn)動連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。
[0010]所述的單轉(zhuǎn)動自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的運動副和一個弧形桿，其中:弧形桿的末端與動平臺轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，運動副的末端與基座活動連接。
[0011]所述的運動副優(yōu)選采用平行四邊形運動副，該運動副也可以替換為移動副實現(xiàn)，所述的支鏈均通過移動副或轉(zhuǎn)動副驅(qū)動。
技術(shù)效果
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明大幅度減少支鏈的數(shù)量，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，裝配容易，剛度好，機構(gòu)運動靈活，動平臺的轉(zhuǎn)動特征與移動特征完全解親。
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例1結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2為實施例2結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖中:1為基座、2、3、4為直連桿、5、6為弧形桿、7動平臺、LI?L3為支鏈、Pa為平行四邊形運動副、Pl?P3為移動副、Rll?R31為轉(zhuǎn)動副。
【具體實施方式】
[0016]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0017]如圖1所示，本實施例包括:動平臺7、基座I以及三條支鏈LI?L3，其中:支鏈LI?L3的一端均與基座I活動連接，另一端與動平臺7轉(zhuǎn)動連接，使得動平臺7作三維移動和繞固定點作球面二自由度轉(zhuǎn)動。
[0018]所述的三條支鏈LI?L3包括:兩個雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈L1、L2和一個單轉(zhuǎn)動自由度支鏈L3。
[0019]所述的雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈L1、L2包括:依次串聯(lián)的平行四邊形運動副Pa以及兩個轉(zhuǎn)動連接的弧形桿5、6，其中:第二弧形桿6的兩端分別與第一弧形桿5和動平臺7轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副R12/R13/R22/R23，第一弧形桿5的兩端分別與第二弧形桿6和平行四邊形運動副Pa轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副R11/R21。
[0020]所述的單轉(zhuǎn)動自由度支鏈L3包括:依次串聯(lián)的平行四邊形運動副Pa和一個弧形桿，其中:弧形桿的末端與動平臺7轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副R31和R32，運動副Pa的末端與基座I活動連接。
[0021]每一條支鏈中的平行四邊形運動副Pa通過直連桿4與弧形桿轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副R11/R21/R31，該轉(zhuǎn)動副的軸線與直連桿4軸線重合。
[0022]所述的基座I上設(shè)有三對移動副組合，該移動副組合與支鏈LI?L3的一端相連從而實現(xiàn)活動連接。
[0023]所述的移動副組合由兩個垂直相連的移動副組成。
[0024]每一條支鏈上的轉(zhuǎn)動副軸線均相交于一點O，即三條支鏈LI?L3上的8個轉(zhuǎn)動副Rll?R32的軸線匯聚于一點。
[0025]三條支鏈LI?L3在圓周上均勻分布，三條移動副的軸線各夾角均為120度。
[0026]本裝置通過三個移動副Pl和二個轉(zhuǎn)動副Rl進行驅(qū)動，動平臺的二維轉(zhuǎn)動特征僅與轉(zhuǎn)動副R11R21R31驅(qū)動有關(guān)，而與移動副Pl驅(qū)動無關(guān)；點O的三維移動特征僅與移動副Pl驅(qū)動有關(guān)，而與轉(zhuǎn)動副R11R21R31驅(qū)動無關(guān)；動平臺的轉(zhuǎn)動特征與移動特征具有轉(zhuǎn)動移動完全解親的優(yōu)點。
實施例2
[0027]如圖2所示，本實施例與實施例1相比將平行四邊形運動副替換為移動副，本實施例所具有的技術(shù)效果相比實施例1:其運動副均為單自由度運動副，結(jié)構(gòu)簡單，更易于實現(xiàn)其運動。
【主權(quán)項】
1.一種三移動二轉(zhuǎn)動五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于，包括:動平臺、基座以及三條支鏈，其中:支鏈的一端均與基座活動連接，另一端與動平臺轉(zhuǎn)動連接，所述的三條支鏈包括:兩個雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈和一個單轉(zhuǎn)動自由度支鏈，使得動平臺作三維移動和繞固定點作球面二自由度轉(zhuǎn)動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的運動副以及兩個弧形桿，其中:第一雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第一弧形桿的一端分別與動平臺和第一雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的一端轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第二雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第一弧形桿的一端分別與第二雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的一端以及第一雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的另一端轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第二雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的另一端與動平臺轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的單轉(zhuǎn)動自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的運動副和一個弧形桿，其中:弧形桿的末端與動平臺轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，運動副的末端與基座活動連接。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的運動副采用平行四邊形運動副。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的移動副以及兩個弧形桿，其中:第一雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第一弧形桿的一端分別與動平臺和第一雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的一端轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第一雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第一弧形桿的另一端與移動副轉(zhuǎn)動連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第二雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第一弧形桿的一端分別與第二雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的一端以及第一雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的另一端轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第二雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第二弧形桿的另一端與動平臺轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第二雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈的第一弧形桿的另一端與移動副轉(zhuǎn)動連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的單轉(zhuǎn)動自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的移動副和一個弧形桿，其中:弧形桿的末端與動平臺轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，移動副的末端與基座活動連接。7.根據(jù)權(quán)利要求2或3或5或6所述的五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的支鏈均通過轉(zhuǎn)動副以及移動副或轉(zhuǎn)動副驅(qū)動。8.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的基座上設(shè)有三對移動副組合，該移動副組合與支鏈的一端相連從而實現(xiàn)活動連接。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，所述的移動副組合由兩個垂直相連的移動副組成。10.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，其特征是，每一條支鏈上的轉(zhuǎn)動副的軸線均相交于一點，即三條支鏈上的8個轉(zhuǎn)動副的軸線匯聚于一點。
【專利摘要】一種三移動二轉(zhuǎn)動五自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機構(gòu)，包括：動平臺、基座以及三條支鏈，其中：支鏈的一端均與基座活動連接，另一端與動平臺轉(zhuǎn)動連接，所述的三條支鏈包括：兩個雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈和一個單轉(zhuǎn)動自由度支鏈，使得動平臺作三維移動和繞固定點作球面二自由度轉(zhuǎn)動；所述的動平臺的轉(zhuǎn)動特征與移動特征具有轉(zhuǎn)動移動完全解耦的特點，同時本裝置具有支鏈少，結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配，機構(gòu)性能高，易于控制的優(yōu)點。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號】CN104942796
【申請?zhí)枴緾N201510381598
【發(fā)明人】郭為忠, 林榮富, 高峰
【申請人】上海交通大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年7月2日