二移動(dòng)三轉(zhuǎn)動(dòng)五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種二移動(dòng)三轉(zhuǎn)動(dòng)(2T3R)五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)通常由動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)通過多條支鏈聯(lián)結(jié)而成，較串聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度、承載能力強(qiáng)、累積誤差小等優(yōu)點(diǎn)，故得到廣泛的工程實(shí)際應(yīng)用中。
[0003]現(xiàn)有大多數(shù)五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)不具有解耦特征，控制較為復(fù)雜，較難滿足工程實(shí)際應(yīng)用要求；目前大多數(shù)五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)均具有5條鏈，這不僅限制了動(dòng)平臺(tái)的工作空間，而且增加材料，使結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜?，F(xiàn)有大多數(shù)五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特征并非解耦機(jī)構(gòu)，這增加了控制難度。
[0004]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號(hào)CN101716764A，公開(公告)日，2010.06.02，公開了一種適用于減振的五自由度冗余驅(qū)動(dòng)混聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)，中間平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、六個(gè)主動(dòng)支鏈和一個(gè)被動(dòng)支鏈構(gòu)成。中間平臺(tái)通過三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支與定平臺(tái)相連，每個(gè)分支中含有一個(gè)固定于定平臺(tái)上的傾斜放置的可伸縮桿作為驅(qū)動(dòng)副，驅(qū)動(dòng)桿的另一端通過萬向鉸與一根定長桿相連，而定長桿通過另一個(gè)萬向鉸與中間平臺(tái)相連，且兩個(gè)萬向鉸的內(nèi)軸線和外軸線分別相互平行；中間平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間通過三個(gè)結(jié)構(gòu)相同分支連接，每個(gè)分支含有一個(gè)作為驅(qū)動(dòng)副的可伸縮連桿，連桿一端用萬向鉸與中間平臺(tái)相連，另一端通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)相連；動(dòng)平臺(tái)與中間平臺(tái)的中心通過含有一個(gè)萬向鉸的被動(dòng)支鏈相連。但該技術(shù)為冗余驅(qū)動(dòng)，要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)多于平臺(tái)自由度，且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不便于控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種二移動(dòng)三轉(zhuǎn)動(dòng)五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)特征與移動(dòng)特征具有轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦的特點(diǎn)，并且本發(fā)明具有支鏈少，結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配，機(jī)構(gòu)性能高，易于控制。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明包括:動(dòng)平臺(tái)、基座以及三條支鏈，其中:支鏈的一端均與基座活動(dòng)連接，另一端與動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，使得動(dòng)平臺(tái)作二維移動(dòng)和繞固定點(diǎn)O作球面三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0008]所述的三條支鏈均為雙轉(zhuǎn)動(dòng)自由度支鏈，其中:至少兩條支鏈與基座二維活動(dòng)連接，具體為:
[0009]a) 一條支鏈與基座一維活動(dòng)連接，另外兩條支鏈與基座二維活動(dòng)連接，或者
[0010]b)三條支鏈均與基座二維活動(dòng)連接。
[0011]所述的雙轉(zhuǎn)動(dòng)自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的運(yùn)動(dòng)副以及兩個(gè)弧形桿，其中:第一弧形桿的兩端分別與運(yùn)動(dòng)副與第二弧形桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接并構(gòu)成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，第二弧形桿的另一端與動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，運(yùn)動(dòng)副的另一端與基座活動(dòng)連接。
[0012]所述的運(yùn)動(dòng)副優(yōu)選采用平行四邊形運(yùn)動(dòng)副，該運(yùn)動(dòng)副也可以替換為移動(dòng)副實(shí)現(xiàn)，所述的支鏈均通過移動(dòng)副或轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)。
技術(shù)效果
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明大幅度減少支鏈的數(shù)量，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，裝配容易，剛度好，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活，動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)特征與移動(dòng)特征完全解親。
【附圖說明】
[0014]圖1為實(shí)施例1結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2為實(shí)施例2結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖中:1為基座、2、3、4為直連桿、5、6為弧形桿、7動(dòng)平臺(tái)、LI?L3為支鏈、Pa為平行四邊形運(yùn)動(dòng)副、Pl?P3為移動(dòng)副、Rl?R3為轉(zhuǎn)動(dòng)副。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0018]如圖1所示，本實(shí)施例包括:動(dòng)平臺(tái)7、基座I以及三條支鏈LI?L3，其中:支鏈LI?L3的一端均與基座I活動(dòng)連接，另一端與動(dòng)平臺(tái)7轉(zhuǎn)動(dòng)連接，使得動(dòng)平臺(tái)7作二維移動(dòng)和繞固定點(diǎn)O作球面三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0019]所述的三條支鏈LI?L3均為雙轉(zhuǎn)動(dòng)自由度支鏈，
[0020]所述的雙轉(zhuǎn)動(dòng)自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的平行四邊形運(yùn)動(dòng)副Pa以及兩個(gè)弧形桿5、6，其中:其中:第一弧形桿5的兩端分別與平行四邊形運(yùn)動(dòng)副Pa與第二弧形桿6轉(zhuǎn)動(dòng)連接并構(gòu)成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副Rll和R12 (或?qū)?yīng)R21和R22、R31和R32)，第二弧形桿6的另一端與動(dòng)平臺(tái)7轉(zhuǎn)動(dòng)連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副R13 (或?qū)?yīng)R23或R33)，平行四邊形運(yùn)動(dòng)副Pa的另一端與基座I活動(dòng)連接。
[0021]每一條支鏈中的平行四邊形運(yùn)動(dòng)副Pa與弧形桿通過直連桿3實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副R11/R21/R31，該轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與直連桿3軸線重合，每一條支鏈上的轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線均相交于一點(diǎn)O，即三條支鏈上的9個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線匯聚于一點(diǎn)。
[0022]本實(shí)施例中:一條支鏈L3與基座I 一維活動(dòng)連接，另外兩條支鏈L1、L2與基座I
二維活動(dòng)連接。
[0023]所述的一維活動(dòng)連接，通過一個(gè)移動(dòng)副Pl與支鏈L3相連得以實(shí)現(xiàn)。
[0024]所述的二維活動(dòng)連接，通過兩個(gè)垂直相連的移動(dòng)副Pl和P2與對(duì)應(yīng)支鏈L1、L2相連得以實(shí)現(xiàn)。
[0025]所述的支鏈LI?L3均通過移動(dòng)副或轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)。
[0026]本裝置中，動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)特征與移動(dòng)特征完全解耦，具體是:動(dòng)平臺(tái)的三維轉(zhuǎn)動(dòng)特征僅與三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R3驅(qū)動(dòng)有關(guān)；而與移動(dòng)副Pl驅(qū)動(dòng)無關(guān)；點(diǎn)O的二維移動(dòng)特征僅與移動(dòng)副Pl驅(qū)動(dòng)有關(guān)，而與三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R3驅(qū)動(dòng)無關(guān)。
實(shí)施例2
[0027]如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1相比將平行四邊形運(yùn)動(dòng)副Pa替換為移動(dòng)副P3，且本實(shí)施例中三條支鏈均與動(dòng)平臺(tái)二維活動(dòng)連接。
[0028]所述的二維活動(dòng)連接，通過兩個(gè)垂直相連的移動(dòng)副Pl和P2實(shí)現(xiàn)。
[0029]三條支鏈在圓周上均勻分布，三條移動(dòng)副的軸線各夾角均為120度。
[0030]本實(shí)施例所具有的技術(shù)效果相比實(shí)施例1:實(shí)施例1可作豎直方向的二個(gè)移動(dòng)和繞O點(diǎn)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)；而實(shí)施例2可實(shí)現(xiàn)水平方向的二個(gè)移動(dòng)和繞O點(diǎn)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，且實(shí)施例2的運(yùn)動(dòng)副簡單。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二移動(dòng)三轉(zhuǎn)動(dòng)五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括:動(dòng)平臺(tái)、基座以及三條支鏈，其中:支鏈的一端均與基座活動(dòng)連接，另一端與動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的三條支鏈均為雙轉(zhuǎn)動(dòng)自由度支鏈，其中:至少兩條支鏈與基座二維活動(dòng)連接，使得動(dòng)平臺(tái)作二維移動(dòng)和繞固定點(diǎn)O作球面三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的雙轉(zhuǎn)動(dòng)自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的運(yùn)動(dòng)副以及兩個(gè)弧形桿，其中:第一弧形桿的兩端分別與運(yùn)動(dòng)副與第二弧形桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接并構(gòu)成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，第二弧形桿的另一端與動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，運(yùn)動(dòng)副的另一端與基座活動(dòng)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的運(yùn)動(dòng)副采用平行四邊形運(yùn)動(dòng)副。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，依次串聯(lián)的移動(dòng)副以及兩個(gè)弧形桿，其中:第一弧形桿的兩端分別與移動(dòng)副與第二弧形桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接并構(gòu)成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，第二弧形桿的另一端與動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，移動(dòng)副的另一端與基座活動(dòng)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的支鏈均通過轉(zhuǎn)動(dòng)副以及移動(dòng)副或轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的三條支鏈中: a)一條支鏈與基座一維活動(dòng)連接，另外兩條支鏈與基座二維活動(dòng)連接，或者 b)三條支鏈均與基座二維活動(dòng)連接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的一維活動(dòng)連接，通過一個(gè)移動(dòng)副實(shí)現(xiàn)；所述的二維活動(dòng)連接，通過兩個(gè)垂直相連的移動(dòng)副實(shí)現(xiàn)。8.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，每一條支鏈上的轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線均相交于一點(diǎn)，即三條支鏈上的9個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線匯聚于一點(diǎn)。
【專利摘要】一種二移動(dòng)三轉(zhuǎn)動(dòng)五自由度轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括：動(dòng)平臺(tái)、基座以及三條支鏈，其中：支鏈的一端均與基座活動(dòng)連接，另一端與動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的三條支鏈均為雙轉(zhuǎn)動(dòng)自由度支鏈，其中：至少兩條支鏈與基座二維活動(dòng)連接；所述的動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)特征與移動(dòng)特征具有轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)完全解耦的特點(diǎn)，同時(shí)本裝置具有支鏈少，結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配，機(jī)構(gòu)性能高，易于控制的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B25J19/00
【公開號(hào)】CN104942829
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510381596
【發(fā)明人】郭為忠, 林榮富, 高峰
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年7月2日