CN104985591A - 六自由度转动和移动完全解耦并联机构 - Google Patents
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Abstract
一种六自由度转动和移动完全解耦并联机构，包括：动平台、基座以及三条运动支链，其中：运动支链的一端均与基座活动连接，另一端与动平台转动连接，所述的三条运动支链结构相同，均包括：一个一维或二维运动机构以及一个转动机构，所述的活动连接是指：三条运动支链均与基座一维或二维活动连接，从而使得动平台作二维移动或绕固定点O作球面三自由度转动；所述的动平台的三维转动特征仅与弧形移动副驱动有关，而与移动副驱动无关；点O的三维移动特征仅与移动副驱动有关，而与弧形移动副驱动无关；动平台的转动特征与移动特征具有转动和移动完全解耦的优点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种机器人领域的技术，具体是一种六自由度转动和移动完全解耦并联机构。
背景技术
并联机构通常由动平台和固定平台通过多条支链联结而成，较串联机构，具有结构紧凑、刚度、承载能力强、累积误差小等优点，故得到广泛的工程实际应用中。
现有大多数六自由度并联机构不具有解耦特征，控制较为复杂，较难满足工程实际应用要求；目前大多数六自由度并联机构均具有6条链，这不仅限制了动平台的工作空间，而且增加材料，使结构更为复杂。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104626099A，公开(公告)日2015.05.20，公开了一种完全解耦的三转动三移动六自由度混联机构，其机座与中间平台一之间由三个结构相同的分支连接，该分支由四个运动副组成，分别是直线驱动移动副，转动副，直线移动副或转动副及万向铰或转动副。中间平台一和中间平台二间由一个转动副连接，中间平台二与动平台间由RPS分支、PSPR分支、PS分支和SPS分支连接。但该现有技术的支链、运动构件和运动副较多且具有三个平台，这使得结构复杂。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种六自由度转动和移动完全解耦并联机构，其动平台的转动特征与移动特征具有转动移动完全解耦的特点，并且本发明具有支链少，结构简单，易于装配，机构性能高，易于控制。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：动平台、基座以及三条运动支链，其中：运动支链的一端均与基座活动连接，另一端与动平台转动连接，使得动平台作二维移动或绕固定点O作球面三自由度转动。
所述的三条运动支链结构相同，均包括：一个一维或二维运动机构以及一个转动机构，其中：转动机构的两端分别与动平台和一维或二维运动机构转动连接并构成两个转动副，一维或二维运动机构的另一端与基座活动连接。
所述的转动机构采用弧形移动副或两个转动连接的弧形杆实现，该转动机构本身构成一个移动副或一个转动副。
所述的一维或二维运动机构通过直线移动副、直连杆、平行四边形运动副或纯平动万向铰实现。
所述的活动连接是指：
a)三条运动支链均与基座一维活动连接，或者是
b)三条运动支链均与基座二维活动连接。
所述的运动支链均通过弧形移动副或转动副驱动。
技术效果
与现有技术相比，本发明大幅度减少支链的数量，结构简单紧凑，装配容易，刚度好，机构运动灵活，动平台的转动特征与移动特征完全解耦。
附图说明
图1为实施例1结构图；
图2为实施例2结构图；
图3为实施例3结构图；
图4为实施例4结构图；
图中：1为基座、2、3、4为直连杆、5下弧形杆、6为上弧形杆、7为动平台、L1～L3为运动支链、PR为弧形移动副、P1～P3为直线移动副、R11～R31为转动副、U*纯平动万向铰。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：动平台7、基座1以及三条运动支链L1～L3，其中：运动支链L1～L3的一端均与基座1活动连接，另一端与动平台7转动连接，使得动平台7作二维移动或绕固定点O作球面三自由度转动。
本实施例中三条运动支链均与基座1二维活动连接，该三条运动支链L1～L3均包括：一个一维或二维运动机构以及一个转动机构，其中：转动机构的两端分别与动平台7和一维或二维运动机构转动连接并构成两个转动副R1、R2，一维或二维运动机构的另一端与基座1活动连接。
本实施例中的转动机构采用弧形移动副PR实现，所述的运动支链L1～L3均通过弧形移动副或转动副驱动。
所述的弧形移动副PR包括：相互活动连接的下弧形杆5和上弧形杆6，其中：下弧形杆5的一端与动平台7转动连接，上弧形杆6的一端与一维或二维运动机构转动连接。
本实施例中一维或二维运动机构通过直线移动副P3实现。
所述的基座1上设有三对移动副组合，该移动副组合与运动支链L1～L3的一端相连从而实现二维活动连接。
所述的移动副组合由两个垂直相连的移动副组成。
每一条运动支链上的转动副轴线均相交于一点O，即三条运动支链L1～L3上的6个转动副的轴线汇聚于一点。
本装置中，所述的动平台的三维转动特征仅与弧形移动副PR驱动有关，而与移动副P1驱动无关；点O的三维移动特征仅与移动副P1驱动有关，而与弧形移动副PR驱动无关；动平台的转动特征与移动特征具有转动和移动完全解耦的优点。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1相比，所述的转动机构采用两个转动连接的弧形杆5、6实现，该转动连接本身构成一个转动副R2，转动机构与动平台7转动连接构成转动副R3，转动机构与直线移动副P3转动连接构成转动副R1。
本实施例所具有的技术效果相比实施例1：其刚度更大，更易于控制。
实施例3
如图3所示，本实施例与实施例2相比，所述的运动支链中的一维或二维运动机构通过平行四边形运动副Pa实现。
本实施例所具有的技术效果相比实施例2：因采用平行四边形运动副Pa实现P副的运动，这使得其结构更加稳定，刚度更大。
实施例4
如图4所示，本实施例与实施例3相比，所述的运动支链中的一维或二维运动机构通过纯平动万向铰U*实现，并且所述的运动支链与基座1均为一维活动连接。
所述的一维活动连接，通过垂直设置于基座1上的一个移动副实现，该移动副与所述运动支链相连。
本实施例所具有的技术效果相比实施例3：因采用纯平动万向铰U*实现二维移动运动，这使得其结构更加稳定，刚度更大。
Claims (9)
1.一种六自由度转动和移动完全解耦并联机构，其特征在于，包括：动平台、基座以及三条运动支链，其中：运动支链的一端均与基座活动连接，另一端与动平台转动连接，所述的三条运动支链结构相同，均包括：一个一维或二维运动机构以及一个转动机构，所述的活动连接是指：三条运动支链均与基座一维或二维活动连接，从而使得动平台作二维移动或绕固定点O作球面三自由度转动。
2.根据权利要求1所述的六自由度转动和移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的转动机构的两端分别与动平台和一维或二维运动机构转动连接并构成两个转动副，一维或二维运动机构的另一端与基座活动连接。
3.根据权利要求1所述的六自由度转动和移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的转动机构采用弧形移动副或两个转动连接的弧形杆实现，该转动机构本身构成一个移动副或一个转动副。
4.根据权利要求1所述的六自由度转动和移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的一维或二维运动机构通过直线移动副、直连杆、平行四边形运动副或纯平动万向铰实现。
5.根据权利要求3所述的六自由度转动和移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的运动支链均通过弧形移动副或转动副驱动。
6.根据上述任一权利要求所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的二维活动连接，通过设置于基座上的移动副组合与运动支链的一端相连得以实现。
7.根据权利要求6所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的移动副组合由两个垂直相连的移动副组成。
8.根据权利要求1～5中任一所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，所述的一维活动连接，通过垂直设置于基座上的移动副与运动支链的一端相连得以实现。
9.根据权利要求1所述的五自由度转动移动完全解耦并联机构，其特征是，每一条运动支链上的转动副轴线均相交于一点，即三条运动支链上的6个转动副的轴线汇聚于一点。
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