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CN107336219B - 一种具有两移动三转动五自由度的并联机构 - Google Patents

一种具有两移动三转动五自由度的并联机构 Download PDF

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Abstract

本发明要解决的问题是克服背景技术存在的不足，提出了一种新的并联机器人结构，实现机构在工作空间内两个移动三个转动的位姿变换，该并联机构应具有克服机构的奇异位形的能力并改善机构运动和力传递性能等优点。该机构的整体结构图如摘要附图所示，由四条支链组件分布在定平台和动平台之间，包含中央对称转杆的两条支链在结构上完全一致，包含圆弧滑块的两条支链大致相同，仅滑块的圆弧半径不同，并且这两支链在定平台上运动时，两圆弧滑块不会产生干涉。该两移动三转动五自由度的并联机构在机构上比较简单，易生产加工，可应用于五轴联动机床的加工平台、某些重要精密设备的位姿调整、仿真平台等领域。

Description

一种具有两移动三转动五自由度的并联机构
技术领域
本发明设计机器人技术领域，特别涉及一种具有两移动三转动五自由度并联机器人机构。
背景技术
并联机构具有高刚度、高精度及大承载能力的优点，目前对于并联机构构型已有较多的研究，目前对于末端输出六自由度和三自由度的研究居多，但是对于五自由度的并联机构，尤其是一些结构新颖且实用性较强的并联机构却不多。本文提出一种结构新颖的五驱动且末端输出也是五自由度的并联机构，可应用于五轴联动机床的工作台、某些重要精密设备的位姿调整、以及仿真平台领域等。该新颖的五自由度并联机构属于冗余机构，可以很好的克服奇异位形，因此可以避免由奇异点造成的工作空间的限制，增大了机构的应用范围。因此，本文提出了一种结构比较简单但非常新颖、而且易于生产加工的两移动三转动的并联机构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服背景技术存在的不足，提出了一种新型并联机器人机构，实现工作平台在空间两个移动三个转动的位姿变换，该并联机构应具有克服机构的奇异位形并改善机构的运动和力传递性能等优点。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种五自由度并联机器人机构，该并联机器人机构包括：定平台，中央对称转杆，动平台以及第一支链组件、第二支链组件、第三支链组件、第四支链组件。其中第一支链组件和第二支链组件结构相似，组成结构相同；第三支链组件和第四支链组件结构相似，组成结构相同。定平台上包括第一圆弧滑轨和第二圆弧滑轨，第一圆弧滑轨(的半径为第一半径，第二圆弧滑轨的半径为第一半径，第一圆弧滑轨和第二圆弧滑轨同心不同半径。
五自由度并联机器人机构通过以上两类支链组件，总共四条支链组件，四条支链组件分布在动平台和定平台之间，并同时将动平台和定平台连接起来。其中第三支链组件和第四支链组件成180°对称分布，其结构上完全一致。而第一支链组件和第二支链组件除了各自滑块的滑动半径不同，其它杆件均一致，两条支链组件在运动上互不干涉。
在本机构中，驱动副为第一支链组件中的滑块与定平台之间的圆弧移动副，第二支链组件中的滑块与定平台之间的圆弧移动副，中央对称转杆和定平台之间的转动副，以及第三支链组件和第四支链组件中的两个移动副，总共5个驱动。动平台为末端执行器，当驱动副运动时，动平台做两移动三转动的五自由度运动。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
本发明提出的并联机构在结构上比较新颖，比较容易控制驱动使动平台的位姿变换。该机构结构比较简单、易生产加工，减少了机构的奇异位形并改善了机构的运动和力传递性能，可用于五轴联动机床的工作台、某些重要精密设备的位姿调整、仿真平台等领域。
附图说明
图1两移动三转动五自由度并联机器人机构的结构示意图；
图2第一支链组件的结构示意图；
图3第二支链组件的结构示意图；
图4第三支链组件和第四支链组件的结构示意图；
图5动平台的结构示意图；
图6中央对称转杆的结构示意图；
图7定平台的结构示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的方案做进一步说明。
一种两移动三转动五自由度并联机器人机构，其特征在于，该机构包括：定平台1，第一支链组件4-1，第二支链组件4-2，第三支链组件5-1，第四支链组件5-2，中央对称转杆2，动平台3。其中第三支链组件5-1和第四支链组件5-2共用中央对称转杆2，并成180°分布；第一支链组件4-1和第二支链组件4-2在定平台1上沿着各自的圆周滑动，二者互不干涉；定平台1上包括第一圆弧滑轨1-1和第二圆弧滑轨1-2，第一圆弧滑轨1-1的半径为第一半径，第二圆弧滑轨1-2的半径为第二半径，第一圆弧滑轨1-1和第二圆弧滑轨1-2同心不同半径。
第一支链组件4-1包括：第一圆弧滑块6、第一连杆7、第二连杆8、第一销钉9-1、第二销钉9-2。
第一圆弧滑块6嵌套在定平台1的第一圆弧滑轨1-1上，第一圆弧滑块6和第一圆弧滑轨1-1构成圆弧移动副连接；第二连杆8和动平台3构成球副连接；第一连杆7和第一圆弧滑块6通过第一销钉9-1构成转动副连接；第一连杆7和第二连杆8通过第二销钉9-2构成转动副连接。
第二支链组件4-2包括：第二圆弧滑块10、第三连杆11、第四连杆12、第三销钉13-1、第四销钉13-2。
第二圆弧滑块10嵌套在定平台1的第二圆弧滑轨1-2上，第二圆弧滑块10和第二圆弧滑轨1-2构成圆弧移动副连接；第四连杆12和动平台3构成球副连接；第三连杆11和第二圆弧滑块10通过第三销钉13-1构成转动副连接；第三连杆11和第四连杆12通过第四销钉13-2构成转动副连接。
第三支链组件5-1包括：第五连杆14-1、第六连杆15-1、第五销钉16-1。
第六连杆15-1和动平台3构成球副连接；第五连杆14-1和中央对称转杆2通过第五销钉16-1构成转动副连接；第六连杆15-1和第五连杆14-1构成移动副连接。
第四支链组件5-2包括：第七连杆14-2、第八连杆15-2、第六销钉16-2。
第八连杆15-2和动平台3构成球副连接；第七连杆14-2和中央对称转杆2通过第六销钉16-2构成转动副连接；第八连杆15-2和第七连杆14-2构成移动副连接。
中央对称转杆2和定平台1构成转动副连接。
两移动三转动五自由度并联机器人机构，通过以上四条支链组件4-1、4-2、5-1、5-2，将动平台、定平台连接起来；其中第三支链组件5-1和第四支链组件5-2成180°对称分布，其结构上完全一致。第一支链组件4-1和第二支链组件4-2除了各自滑块的滑动半径不同，其它杆件均一致，两条支链组件在运动上互不干涉。
在本机构中，驱动副为第一支链组件4-1中的滑块6与定平台1之间的圆弧移动副，第二支链组件4-2中的滑块10与定平台1之间的圆弧移动副，中央对称转杆2和定平台1之间的转动副，以及第三支链组件5-1和第四支链组件5-2上的两个移动副，总共5个驱动。动平台3为末端执行器，当驱动副运动时，动平台3做两移动三转动的五自由度运动。

Claims (3)

1.一种两移动三转动五自由度并联机器人机构，其特征在于，该机构包括：定平台(1)，第一支链组件(4-1)，第二支链组件(4-2)，第三支链组件(5-1)，第四支链组件(5-2)，中央对称转杆(2)，动平台(3)；其中第三支链组件(5-1)和第四支链组件(5-2)共用中央对称转杆(2)，并成180°分布；第一支链组件(4-1)和第二支链组件(4-2)在定平台(1)上沿着各自的圆周滑动，二者互不干涉；定平台(1)上包括第一圆弧滑轨(1-1)和第二圆弧滑轨(1-2)，第一圆弧滑轨(1-1)的半径为第一半径，第二圆弧滑轨(1-2)的半径为第二半径，第一圆弧滑轨(1-1)和第二圆弧滑轨(1-2)同心不同半径；
第一支链组件(4-1)包括：第一圆弧滑块(6)、第一连杆(7)、第二连杆(8)、第一销钉(9-1)、第二销钉(9-2)；
第一圆弧滑块(6)嵌套在定平台(1)的第一圆弧滑轨(1-1)上，第一圆弧滑块(6)和第一圆弧滑轨(1-1)构成圆弧移动副连接；第二连杆(8)和动平台(3)构成球副连接；第一连杆(7)和第一圆弧滑块(6)通过第一销钉(9-1)构成转动副连接；第一连杆(7)和第二连杆(8)通过第二销钉(9-2)构成转动副连接；
第二支链组件(4-2)包括：第二圆弧滑块(10)、第三连杆(11)、第四连杆(12)、第三销钉(13-1)、第四销钉(13-2)；
第二圆弧滑块(10)嵌套在定平台(1)的第二圆弧滑轨(1-2)上，第二圆弧滑块(10)和第二圆弧滑轨(1-2)构成圆弧移动副连接；第四连杆(12)和动平台(3)构成球副连接；第三连杆(11)和第二圆弧滑块(10)通过第三销钉(13-1)构成转动副连接；第三连杆(11)和第四连杆(12)通过第四销钉(13-2)构成转动副连接；
第三支链组件(5-1)包括：第五连杆(14-1)、第六连杆(15-1)、第五销钉(16-1)；
第六连杆(15-1)和动平台(3)构成球副连接；第五连杆(14-1)和中央对称转杆(2)通过第五销钉(16-1)构成转动副连接；第六连杆(15-1)和第五连杆(14-1)构成移动副连接；
第四支链组件(5-2)包括：第七连杆(14-2)、第八连杆(15-2)、第六销钉(16-2)；
第八连杆(15-2)和动平台(3)构成球副连接；第七连杆(14-2)和中央对称转杆(2)通过第六销钉(16-2)构成转动副连接；第八连杆(15-2)和第七连杆(14-2)构成移动副连接；
中央对称转杆(2)和定平台(1)构成转动副连接。
2.根据权利要求1所述的两移动三转动五自由度并联机器人机构，其特征在于，通过以上四条支链组件(4-1、4-2、5-1、5-2)，将动平台、定平台连接起来；其中第三支链组件(5-1)和第四支链组件(5-2)成180°对称分布，其结构上完全一致；第一支链组件(4-1)和第二支链组件(4-2)除了各自滑块的滑动半径不同，其它杆件均一致，两条支链组件在运动上互不干涉。
3.根据权利要求1所述的两移动三转动五自由度并联机器人机构，其特征在于，驱动副为第一支链组件(4-1)中的第一圆弧滑块(6)与定平台(1)之间的圆弧移动副，第二支链组件(4-2)中的第二圆弧滑块(10)与定平台(1)之间的圆弧移动副，中央对称转杆(2)和定平台(1)之间的转动副，以及第三支链组件(5-1)和第四支链组件(5-2)上的两个移动副，总共5个驱动；动平台(3)为末端执行器，当驱动副运动时，动平台(3)做两移动三转动的五自由度运动。
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