两转一移三自由度非对称解耦并联机构

摘要

一种两转一移三自由度非对称解耦并联机构，其由动平台、机架以及连接它们的三个分支构成；其中第一分支中的万向铰与机架连接，转动副与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接，其转动副轴线既平行于万向铰的第二转动副轴线，又垂直于移动副轴线；第二分支中的万向铰与机架连接，球副与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副连接，其移动副轴线与万向铰的第二转动副轴线垂直；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰之间通过移动副连接，其转动副轴线既平行于万向铰的第一转动副轴线，又垂直于移动副轴线。本发明分支机构简单，输入输出解耦，加工装配简单，标定和控制容易实现。

权利要求

1.一种两转一移三自由度非对称解耦并联机构，其包括动平台、机架和连接它们的三条活动分支，其特征在于：其第一分支中的万向铰与机架连接，转动副与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接，其中转动副轴线既平行于万向铰的第二转动副轴线，又垂直于移动副轴线；第二分支中的万向铰与机架连接，球副与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副连接，其中移动副轴线与万向铰的第二转动副轴线垂直；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰之间通过移动副连接，其中转动副轴线既平行于万向铰的第一转动副轴线，又垂直于移动副轴线；上述第一分支中转动副轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副轴线；上述第一分支中万向铰的第一转动副轴线平行于第三分支中转动副轴线。

2.一种两转一移三自由度非对称解耦并联机构，其包括动平台、机架和连接它们的三条活动分支，其特征在于：其第一分支中的万向铰与机架连接，转动副与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接，其中转动副轴线既平行于万向铰的第二转动副轴线，又垂直于移动副轴线；第二分支中的球副与机架连接，万向铰与动平台连接，球副与万向铰之间通过移动副连接，其中移动副轴线与万向铰的第一转动副轴线垂直；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰之间通过移动副连接，其中转动副轴线既平行于万向铰的第一转动副轴线，又垂直于移动副轴线；上述第一分支中转动副轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副轴线；上述第一分支中万向铰的第一转动副轴线平行于第三分支中转动副轴线。

说明书

两转一移三自由度非对称解耦并联机构

[0001] 技术领域 本发明涉及一种并联机器人机构。

[0002] 背景技术 并联机器人与串联机器人相比，具有刚度大、运动速度快、精度高等优点，在机械工业领域具有广泛的应用。而具有两个转动一个移动自由度的并联机构可以应用于运动模拟器，坐标测量机，加工中心的主轴头等，其中最典型的应用是作并联机床的主轴头，在该主轴头上附加一个二自由度的转头，便能实现航空航天，汽车工业等领域复杂零件的加工。现有的文献中，如K. Neumann 2008年发表的论文（K.Neumann,2008.Adaptive in-jig high load Exechon machining & assembly technology, SAE International,08AMT-0044.）和专利CN 101049699A, CN 201625978U, CN 201389855Y中提到的并联机构，动平台存在无伴随运动的转轴而具有易于标定和控制的优点，但是这些机构存在共线这种苛刻的几何条件，配合精度要求非常高，反之，如若达不到该几何条件，则机构的性能就达不到要求，这样的苛刻几何条件为机构的加工制造带来了很大的难度，难以保证加工精度。而另一类3-RPS/SPR两转一移并联机构，虽不存在苛刻的几何条件，但转动运动中存在伴随移动，导致标定和控制很困难。

[0003] 发明内容 本发明的目的在于提出一种分支结构简单，加工制造方便，能保证加工精度、输入输出解耦的两转一移三自由度非对称解耦并联机构。

[0004] 本发明包括动平台、机架和连接它们的三条活动分支，其中第一分支中的万向铰与机架连接，转动副与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接，其中转动副轴线既平行于万向铰的第二转动副轴线，又垂直于移动副轴线；第二分支中的万向铰与机架连接，球副与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副连接，其中移动副轴线与万向铰的第二转动副轴线垂直；第三分支中的转动副与机架连接，万向铰与动平台连接，转动副与万向铰之间通过移动副连接，其中转动副轴线既平行于万向铰的第一转动副轴线，又垂直于移动副轴线；上述第一分支中转动副轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副轴线；上述第一分支中万向铰的第一转动副轴线平行于第三分支中转动副轴线。

[0005] 上述第二分支的另一种连接方式是：球副与机架连接，万向铰与动平台连接，球副与万向铰之间通过移动副连接，其中移动副轴线与万向铰的第一转动副轴线垂直。

[0006] 本发明与现有技术相比具有如下优点：机构中无苛刻的几何条件，动平台存在无伴随移动的转轴，驱动器能接近机架，分支结构简单，运动学解耦，加工制造比较方便，标定和控制容易实现，具有很良好的应用前景。

[0007] 附图说明：

[0008] 图1是本发明实施例1的立体示意简图。

[0009] 图2是本发明实施例2的立体示意简图。

[0010] 具体实施方式：

[0011] 实施例1：

[0012] 在图1所示的两转一移三自由度非对称解耦并联机构的示意图中，第一分支中的万向铰R11、R12与机架1连接，转动副R14与动平台2连接，转动副与万向铰之间通过移动副P13连接，其中转动副R14轴线既平行于万向铰的第二转动副R12轴线，又垂直于移动副P13轴线；第二分支中的万向铰R21、R22与机架连接，球副S24与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副P23连接，其中移动副P23轴线与万向铰的第二转动副R22轴线垂直；第三分支中的转动副R31与机架连接，万向铰R33、R34与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副P32连接，其中转动副R31轴线既平行于万向铰的第一转动副R33轴线，又垂直于移动副P32轴线；上述第一分支中转动副R14轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副R34轴线；上述第一分支中万向铰的第一转动副轴R11线平行于第三分支中转动副R31轴线。

[0013] 实施例2：

[0014] 如图2所示，第一分支中的万向铰R11、R12与机架1连接，转动副R14与动平台2连接，转动副与万向铰之间通过移动副P13连接，其中转动副R14轴线既平行于万向铰的第二转动副R12轴线，又垂直于移动副P13轴线；第二分支中的球副S21与机架连接，万向铰R23、R24与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副P22连接，其中移动副P22轴线与万向铰的第一转动副R23轴线垂直；第三分支中的转动副R31与机架连接，万向铰R33、R34与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副P32连接，其中转动副R31轴线既平行于万向铰的第一转动副R33轴线，又垂直于移动副P32轴线；上述第一分支中转动副R14轴线平行于第三分支中万向铰的第二转动副R34轴线；上述第一分支中万向铰的第一转动副轴R11线平行于第三分支中转动副R31轴线。

[0015] 上述各实施例中，所述的移动副轴线是指与移动副的运动方向平行的直线，转动副轴线是指转动副转动时所围绕转动的中心线，万向铰的第一转动副指的是接近机架的转动副，万向铰的第二转动副指的是接近动平台的转动副。