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CN103286778A - 两自由度转动解耦并联机构 - Google Patents

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CN103286778A CN2013101990964A CN201310199096A CN103286778A CN 103286778 A CN103286778 A CN 103286778A CN 2013101990964 A CN2013101990964 A CN 2013101990964A CN 201310199096 A CN201310199096 A CN 201310199096A CN 103286778 A CN103286778 A CN 103286778A
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卢文娟
张立杰
张一同
曾达幸
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Yanshan University
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Yanshan University
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Abstract

一种两自由度转动解耦并联机器人，其包括定平台、动平台和连接这两个平台的三个分支。其中第一分支中的连杆一的一端通过移动副与定平台连接，连杆一的另一端通过虎克铰与动平台连接；第二分支中的连杆二的一端通过转动副与动平台连接，连杆二的另一端通过转动副与连杆三的一端连接，连杆三的另一端通过转动副与连杆四的一端连接，连杆四的另一端通过转动副与定平台连接；第三分支中的连杆五的一端通过转动副与定平台连接，连杆五的另一端通过虎克铰与连杆六的一端连接，连杆六的另一端通过转动副与连杆七的一端连接，连杆七的另一端通过转动副与动平台连接。本发明结构简单，运动完全解耦，不含伴生运动，且容易装配和加工。

Description

两自由度转动解耦并联机构
技术领域本发明属于机器人领域，特别涉及一种并联机器人机构。
背景技术并联机构具有结构刚度高、动态响应好、累积误差小等一系列优点，使得其在高精度加工装备、高速运动平台和精密微驱动领域中都有广泛的应用。但并联机构普遍存在工作空间小、控制解耦性差等缺点，在某些程度上制约了其应用。其中耦合特性是并联机构的固有特性，它使并联机构具有上述优点的同时也带来机构综合与分析、加工装配、运动控制方面的难题。而运动解耦的并联机构不仅会降低加工装配和运动控制的难度，同时还兼具一般并联机构的优点。
转动解耦的并联机构作为解耦机构的一个重要分支，因其精度高、控制简单、响应快速、承载能力大等优点可广泛应用于调平机构、雷达、机器人、照相机、医疗器械、太阳能面板、导弹发射等需要空间定向领域。现有的解耦两自由度转动机构多含有两个分支，刚度比较低，承重能力较差；一些三分支的转动机构中含有球副、移动副等，不利于加工和装配，精度比较低；某些机构为了保证存在转动输出，分支的轴线间需要满足共轴等特殊的几何关系，对加工和安装的精度要求较高。
发明内容本发明的目的在于提供一种运动完全解耦且容易装配和加工的两自由度转动解耦并联机构。本发明主要包括定平台、动平台和连接这两个平台的三个分支。其中第一分支中的连杆一的一端通过移动副与定平台连接，连杆一的另一端通过虎克铰与动平台连接，上述移动副的轴线方向和虎克铰中与连杆一连接的轴线平行，该移动副可选作分支一输入副；第二分支中的连杆二的一端通过转动副与动平台连接，连杆二的另一端通过转动副与连杆三的一端连接，该连杆三的另一端通过转动副与连杆四的一端连接，该连杆四的另一端通过转动副与定平台连接，其中靠近定平台的三个转动副的轴线平行，并与上述第一分支的移动副的轴线方向平行，与动平台连接的转动副的轴线与上述三个转动轴线垂直；第三分支中的连杆五的一端通过转动副与定平台连接，连杆五的另一端通过虎克铰与连杆六的一端连接，该连杆六的另一端通过转动副与连杆七的一端连接，该连杆七的另一端通过转动副与动平台连接，其中靠近动平台的两个转动副轴线和虎克铰中的一条轴线平行，并垂直于与定平台连接的转动副的轴线，该转动副轴线与上述虎克铰的另一条轴线平行，同时与第一分支的移动副的轴线方向平行，上述与定平台连接的转动副可作为该分支输入副。
各分支间运动副轴线安装时不需要保证轴线共线，可任意位置安装，对装配要求很低。该三分支机构有两个自由度，不含冗余约束，动平台可以实现两个转动运动，不含非独立运动元素，即不存在伴生运动，且两个运动完全解耦，转动轴线分别为第一个分支中虎克铰的两个轴线方向。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明为二自由度并联机构，动平台可以实现两个转动运动，且不含伴生运动，运动完全解耦。
2、结构简单，不含球副，仅含有一个移动副，其余运动副均为转动副和虎克铰；对加工、装配精度要求低，不需要有特殊几何位置要求。
3、其运动学正、反解简单，使其控制极为容易，并且具有很好的运动学性能、较大的工作空间。
4、机构中由三个分支构成，机构刚度大，稳定性好。
5、动平台的转动轴线不是沿着垂直于动平台的方向，适用范围广泛。
附图说明
图1为本发明立体示意简图。
图中：1.定平台，2.移动副，3.连杆一，4.虎克铰，5.动平台，6.转动副，7.连杆二，8.转动副，9.连杆三，10.转动副，11.连杆四，12.转动副，13.转动副，14.连杆五，15.虎克铰，16.连杆六，17.转动副，18.连杆七，19.转动副。
具体实施方式
在图1所示的两自由度转动解耦并联机构示意图中，第一分支中的连杆一3的一端通过移动副2与定平台1连接，该连杆一3的另一端通过虎克铰4与动平台5连接，上述移动副2的轴线方向和虎克铰4中与连杆一3连接的轴线平行，移动副2可作为该分支的输入副；第二分支中的连杆二7的一端通过转动副6与动平台5连接，该连杆二7的另一端通过转动副8与连杆三9的一端连接，该连杆三9的另一端通过转动副10与连杆四11的一端连接，连杆四11的另一端通过转动副12与定平台1连接，其中靠近定平台1的三个转动副8、10、12的轴线平行，并与上述第一分支的移动副2的轴线方向平行，与动平台5连接的转动副6的轴线与上述三个转动轴线垂直；第三分支中的连杆五14的一端通过转动副13与定平台1连接，连杆五14的另一端通过虎克铰15与连杆六16的一端连接，该连杆六16的另一端通过转动副17与连杆七18的一端连接，该连杆七18的另一端通过转动副19与动平台5连接，其中靠近动平台5的两个转动副17、19的轴线和虎克铰15中的一条轴线平行，并与该虎克铰15的另一条轴线及与定平台1连接的转动副13的轴线垂直，虎克铰15的该条轴线与转动副13的轴线相互平行，并与上述第一分支的移动副2的轴线方向平行，上述与定平台1连接的转动副13可作为该分支输入副。

Claims (1)

1.一种两自由度转动解耦并联机构，其主要包括定平台、动平台和连接这两个平台的三个分支，其特征在于：其第一分支中的连杆一的一端通过移动副与定平台连接，该连杆一的另一端通过虎克铰与动平台连接，上述移动副的轴线方向和虎克铰中与连杆一连接的轴线平行；第二分支中的连杆二的一端通过转动副与动平台连接，该连杆二的另一端通过转动副与连杆三的一端连接，该连杆三的另一端通过转动副与连杆四的一端连接，该连杆四的另一端通过转动副与定平台连接，其中靠近定平台的三个转动副的轴线平行，并与上述第一分支的移动副的轴线方向平行，与动平台连接的转动副的轴线与上述三个转动轴线垂直；第三分支中的连杆五的一端通过转动副与定平台连接，该连杆五的另一端通过虎克铰与连杆六的一端连接，该连杆六的另一端通过转动副与连杆七的一端连接，该连杆七的另一端通过转动副与动平台连接，其中靠近动平台的两个转动副和虎克铰中的一条轴线平行，并与该虎克铰的另一条轴线及与定平台连接的转动副的轴线垂直，上述虎克铰的另一条轴线与上述与定平台连接的转动副的轴线相互平行，并与第一分支的移动副的轴线方向平行。
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