CN115351771B - 一种全铰链两支链两平移并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机构学及机器人领域，涉及一种空间布置且最少转动副构成的全铰链两支链两平移并联机构，包括简单支链一、简单支链二、动平台和静平台，简单支链一由转动副组一和转动副组二组成，转动副组一由轴线相互平行的转动副一与转动副二串联构成；转动副组二由轴线相互平行的转动副三、转动副四和转动副五串联构成；简单支链二由轴线相互平行的转动副六、转动副七和转动副八串联组成，本发明全铰链两支链两平移并联机构全由转动副构成，且所需的转动副数量少，以满足工业生产领域中作业范围较小、速度和精度较高的生产工艺需求，具有结构简单、制造容易、运动平稳、动力学性能好、作业精度高等优。

Description

一种全铰链两支链两平移并联机构

技术领域

本发明属于机构学及机器人领域，涉及一种空间布置且最少转动副构成的全铰链两支链两平移并联机构。

背景技术

对于2自由度的并联机构，目前研究较少。吴泽启等提出了一种含有两个移动副三个转动副的2自由度PRRRP对称的平面并联机构，并提出力传递性能的度量指标，运用该指标进行相应的优化设计；申军伟等对用于产品包装的平面2自由度6R并联机构进行了运动轨迹规划优化；杨毅等设计了一种由多个转动副构成的三支链2自由度柔顺移动并联机构，并将其应用于无人艇水样对接装置中；尚波等研究了一种带有约束机构的三柔索驱动空间两自由度并联机构,机构通过刚性支撑杆支撑,形成了一种刚柔结合的新型并联机构；王汝贵等设计了一种含有多个转动副和2个移动副的空间非对称2自由度RU&RPRP并联机构并给出了机构工程应用举例；柴保明等通过建立平面2自由度冗余驱动8R并联机器人的结构参数与工作空间形状的函数关系,绘出了两者基于无量纲参数的工作空间二维图谱。曲云霞等设计了一种含有一个P副的2自由度RR&PRR解耦球面并联机构，并对该机构的承载能力的性能指标进行了系统的分析。刘辛军等提出过两种2-DOF并联机器人，一种是含有两个移动副的PRRRP并联机器人，其中两移动副运动方向平行不共线，机构的末端姿态是可变的；另一种是2-PPa(Pa表示平行四边机构)并联机构,其移动副运动方向同样平行不共线，其末端姿态不可变。

上述大部分2自由度并联机构不具备两平移运动特性，且目前具有两平移运动的机构大部分属于平面机构且含有移动副，尚未发现全转动副、空间布置、具有两平移运动输出的并联机构。

本发明提供一种单回路、两自由度驱动或单自由度驱动但仍能产生两平移运动的并联机构，以满足工业生产领域中作业范围较小、速度和精度较高的生产工艺需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的不足，现提供一种全转动副、空间布置的两平移输出运动的全铰链两支链两平移并联机构，它具有结构简单、制造容易和动力学性能好等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全铰链两支链两平移并联机构，包括简单支链一、简单支链二、动平台和静平台，所述简单支链一和简单支链二连接于动平台与静平台之间；

所述简单支链一由转动副组一和转动副组二组成，所述转动副组一由轴线相互平行的转动副一与转动副二串联构成；所述转动副组二由轴线相互平行的转动副三、转动副四和转动副五串联构成；所述转动副二与转动副三连接，且转动副二的轴线垂直于转动副三的轴线；

所述简单支链二由轴线相互平行的转动副六、转动副七和转动副八串联组成，所述转动副八的轴线与转动副五的轴线垂直，且转动副八的轴线与转动副一的轴线垂直；

所述转动副一和转动副六均与静平台连接，所述转动副五和转动副八均与动平台连接。

进一步地，所述两平移并联机构的自由度为两，动平台能产生两平移的运动；所述两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解。

进一步地，所述简单支链一和简单支链二中任一转动副被锁定时，所述两平移并联机构成为一自由度的两平移并联机构，其中，一个平移为非独立的衍生运动；所述两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解。

本发明还提供一种全铰链两支链两平移并联机构，包括简单支链一、简单支链二、动平台和静平台，所述简单支链一和简单支链二连接于动平台与静平台之间；

所述简单支链一由转动副组一和转动副组二组成，所述转动副组一由轴线相互平行的转动副一、转动副二与转动副三串联构成，所述转动副组二由轴线相互平行的转动副四和转动副五串联构成，所述转动副三与转动副四连接，且转动副三的轴线与转动副四的轴线相互垂直；

所述简单支链二由轴线相互平行的转动副六、转动副七和转动副八串联组成，所述转动副八的轴线与转动副五的轴线垂直，且转动副八的轴线与转动副一的轴线垂直；

所述转动副一和转动副六均与静平台连接，所述转动副五和转动副八均与动平台连接。

进一步地，所述两平移并联机构的自由度为两，动平台能产生两平移的运动；所述两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解。

进一步地，所述简单支链一和简单支链二中任一转动副被锁定时，所述两平移并联机构成为一自由度的两平移并联机构，其中，一个平移为非独立的衍生运动；所述两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解。

本发明的有益效果是：本发明全铰链两支链两平移并联机构全由转动副构成，且所需的转动副数量少，以满足工业生产领域中作业范围较小、速度和精度较高的生产工艺需求，具有结构简单、制造容易、运动平稳、动力学性能好、作业精度高等优点；可作为独立模块应用于现代制造业中，且耦合度为零，具有符号式位置正解；并在任一转动副被锁定时，构成一自由度的两平移并联机构，一个平移为非独立的衍生运动，实现单自由度驱动但仍能产生两平移运动。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是实施例1中的全铰链两支链两平移并联机构示意图；

图2是实施例2中的全铰链两支链两平移并联机构示意图；

图3是实施例3中的全铰链两支链两平移并联机构示意图；

图4是实施例4中的全铰链两支链两平移并联机构示意图；

图中：0、静平台，1、动平台；

I、简单支链一，II、简单支链二；

R₁₁、转动副一，R₁₂、转动副二，R₁₃、转动副三，R₁₄、转动副四，R₁₅、转动副五，R₂₁、转动副六，R₂₂、转动副七，R₂₃、转动副八。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。

实施例1

如图1所示，一种全铰链两支链两平移并联机构，包括简单支链一I、简单支链二II、动平台1和静平台0，简单支链一I和简单支链二II连接于动平台1与静平台0之间；

简单支链一I由转动副组一和转动副组二组成，转动副组一由轴线相互平行的转动副一R₁₁与转动副二R₁₂串联构成；转动副组二由轴线相互平行的转动副三R₁₃、转动副四R₁₄和转动副五R₁₅串联构成；转动副二R₁₂与转动副三R₁₃连接，且转动副二R₁₂的轴线垂直于转动副三R₁₃的轴线；

简单支链二II由轴线相互平行的转动副六R₂₁、转动副七R₂₂和转动副八R₂₃串联组成，转动副八R₂₃的轴线与转动副五R₁₅的轴线垂直，且转动副八R₂₃的轴线与转动副一R₁₁的轴线垂直；

转动副一R₁₁和转动副六R₂₁均与静平台0连接，转动副五R₁₅和转动副八R₂₃均与动平台1连接，这样，转动副组一、转动副组二和简单支链二II的转动副轴线相互垂直。

两平移并联机构的自由度为两，例如，转动副一R₁₁和转动副六R₂₁为驱动副时，动平台1能产生两平移的运动；两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解；

该两平移并联机构全由转动副构成，且所需的转动副数量少，具有结构简单、制造容易、运动平稳、动力学性能好、作业精度高等优点；可作为独立模块应用于现代制造业中，且耦合度为零，具有符号式位置正解。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于：简单支链一I和简单支链二II中任一转动副被锁定，相当于转动副一R₁₁、转动副二R₁₂、转动副三R₁₃、转动副四R₁₄、转动副五R₁₅、转动副六R₂₁、转动副七R₂₂和转动副八R₂₃中的一者被锁定，被锁定的转动副便会等效为刚体；如图2，例如转动副五R₁₅被锁定时，两平移并联机构成为一自由度的两平移并联机构，其中，一个平移为非独立的衍生运动，实现单自由度驱动但仍能产生两平移运动，具体地，转动副一R₁₁或转动副六R₂₁为驱动副时，动平台1能产生两平移的运动；两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解。

实施例3

如图3所示，一种全铰链两支链两平移并联机构，包括简单支链一I、简单支链二II、动平台1和静平台0，简单支链一I和简单支链二II连接于动平台1与静平台0之间；

简单支链一I由转动副组一和转动副组二组成，转动副组一由轴线相互平行的转动副一R₁₁、转动副二R₁₂与转动副三R₁₃串联构成，转动副组二由轴线相互平行的转动副四R₁₄和转动副五R₁₅串联构成，转动副三R₁₃与转动副四R₁₄连接，且转动副三R₁₃的轴线与转动副四R₁₄的轴线相互垂直；

简单支链二II由轴线相互平行的转动副六R₂₁、转动副七R₂₂和转动副八R₂₃串联组成，转动副八R₂₃的轴线与转动副五R₁₅的轴线垂直，且转动副八R₂₃的轴线与转动副一R₁₁的轴线垂直；

转动副一R₁₁和转动副六R₂₁均与静平台0连接，转动副五R₁₅和转动副八R₂₃均与动平台1连接，这样，转动副组一、转动副组二和简单支链二II中的转动副轴线相互垂直。

两平移并联机构的自由度为两，例如，转动副一R₁₁和转动副六R₂₁为驱动副时，动平台1能产生两平移的运动；两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解；

该两平移并联机构全由转动副构成，且所需的转动副数量少，具有结构简单、制造容易、运动平稳、动力学性能好、作业精度高等优点；可作为独立模块应用于现代制造业中，且耦合度为零，具有符号式位置正解。

实施例4

实施例4与实施例3的区别在于：简单支链一I和简单支链二II中任一转动副被锁定，相当于转动副一R₁₁、转动副二R₁₂、转动副三R₁₃、转动副四R₁₄、转动副五R₁₅、转动副六R₂₁、转动副七R₂₂和转动副八R₂₃中的一者被锁定，被锁定的转动副便会等效为刚体；如图4，例如转动副二R₁₂被锁定时，两平移并联机构成为一自由度的两平移并联机构，其中，一个平移为非独立的衍生运动，具体地，转动副一R₁₁或转动副六R₂₁为驱动副时，动平台1能产生两平移的运动；两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种全铰链两支链两平移并联机构，其特征在于：包括简单支链一（I）、简单支链二（II）、动平台（1）和静平台（0），所述简单支链一（I）和简单支链二（II）连接于动平台（1）与静平台（0）之间；

所述简单支链一（I）由转动副组一和转动副组二组成，所述转动副组一由轴线相互平行的转动副一（R₁₁）与转动副二（R₁₂）串联构成；所述转动副组二由轴线相互平行的转动副三（R₁₃）、转动副四（R₁₄）和转动副五（R₁₅）串联构成；所述转动副二（R₁₂）与转动副三（R₁₃）连接，且转动副二（R₁₂）的轴线垂直于转动副三（R₁₃）的轴线；

所述简单支链二（II）由轴线相互平行的转动副六（R₂₁）、转动副七（R₂₂）和转动副八（R₂₃）串联组成，所述转动副八（R₂₃）的轴线与转动副五（R₁₅）的轴线垂直，且转动副八（R₂₃）的轴线与转动副一（R₁₁）的轴线垂直；

所述转动副一（R₁₁）和转动副六（R₂₁）均与静平台（0）连接，所述转动副五（R₁₅）和转动副八（R₂₃）均与动平台（1）连接；

所述两平移并联机构的自由度为两，动平台（1）能产生两平移的运动；所述两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解；

所述简单支链一（I）和简单支链二（II）中任一转动副被锁定时，所述两平移并联机构成为一自由度的两平移并联机构，其中，一个平移为非独立的衍生运动；所述两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解。

2.一种全铰链两支链两平移并联机构，其特征在于：包括简单支链一（I）、简单支链二（II）、动平台（1）和静平台（0），所述简单支链一（I）和简单支链二（II）连接于动平台（1）与静平台（0）之间；

所述简单支链一（I）由转动副组一和转动副组二组成，所述转动副组一由轴线相互平行的转动副一（R₁₁）、转动副二（R₁₂）与转动副三（R₁₃）串联构成，所述转动副组二由轴线相互平行的转动副四（R₁₄）和转动副五（R₁₅）串联构成，所述转动副三（R₁₃）与转动副四（R₁₄）连接，且转动副三（R₁₃）的轴线与转动副四（R₁₄）的轴线相互垂直；

所述简单支链二（II）由轴线相互平行的转动副六（R₂₁）、转动副七（R₂₂）和转动副八（R₂₃）串联组成，所述转动副八（R₂₃）的轴线与转动副五（R₁₅）的轴线垂直，且转动副八（R₂₃）的轴线与转动副一（R₁₁）的轴线垂直；

所述转动副一（R₁₁）和转动副六（R₂₁）均与静平台（0）连接，所述转动副五（R₁₅）和转动副八（R₂₃）均与动平台（1）连接；

所述两平移并联机构的自由度为两，动平台（1）能产生两平移的运动；所述两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解；

所述简单支链一（I）和简单支链二（II）中任一转动副被锁定时，所述两平移并联机构成为一自由度的两平移并联机构，其中，一个平移为非独立的衍生运动；所述两平移并联机构的耦合度为零，且具有符号式位置正解。