CN108621130B - 具有2r1t和2t1r两种运动模式的并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构，包括矩形的动平台和定平台，动平台分别通过第一支链、第二支链及第三支链与定平台连接，从而实现两转动一移动与两移动一转动运动模式的转变，并且不需要重新组装就能实现运动模式的变换，还具有刚度高、精确度高及灵巧性强的特点。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域，涉及一种具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构。
背景技术
并联机器人机构为空间多自由度多环闭链形式。自上世纪八十年代以来，并联机构因其具有刚度高、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点而在虚拟轴机床、微动操作台、运动模拟器以及多维力传感器等行业领域获得广泛应用。并联机构具有2、3、4、5或6个自由度，目前，对6个自由度并联机构的研究较为全面和深入，但并联机构自由度的减少将使得机构结构更为简单，制造和控制成本相对较低，故在满足预期工作要求的情况下，少自由度并联机器人有其独特的优势。
具有多种运动模式的并联机构，也称为具有多种操作模式、位移子群可变、具有运动分岔、或者可重构并联机构，其特征为：较少的驱动副可以实现多种运动模式，且运动模式变换时不需要对机构进行重新组装，因而可以快速实现机构重构，一些此类并联机构在进行运动模式变换时，均需要通过机构的奇异位形。具有多种运动模式的并联机构使用较少的驱动可实现多种运动模式，以较少的成本可以提升机器适应实际工业生产中的多样的需求。
具有两转动一移动运动模式的并联机构，适合应用于在曲面上工作的操作手，具有刚度高、精确度高、灵巧性强等特点。基于两转动一移动运动模式的并联机构，可在其动平台上串联两个转动副，组成混联5轴加工中心或者医用机器人。基于两转动一移动运动模式的5轴和6轴混联机构可以应用于焊接飞机机身，也可以用于飞机机翼的组装。具有两移动一转动运动模式的并联机构在工业装配机器人、姿态调节器、并联机床、工作台等领域应用比较广泛。然而，目前实现两转动一移动与两移动一转动运动模式转变的并联机构较少。这类新型并联机构在军事领域中的潜艇、坦克驾驶运动模拟器，微外科手术机器人、大型射电天文望远镜的姿态调整装置等方面具有一定的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构，能够实现两转动一移动与两移动一转动运动模式的转变，具有刚度高、精确度高及灵巧性性强的特点。
本发明所采用的技术方案是：具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构，包括矩形的动平台和定平台，动平台本别通过第一支链、第二支链及第三支链与定平台连接。
本发明的特点还在于，
第一支链包括与定平台连接的转动副R11，转动副R11依次连接有第一连杆、转动副R12、第二连杆、转动副R13、第三连杆及转动副R14，转动副R14与动平台连接。
转动副R11、转动副R12及转动副R13相互平行设置，且所述转动副R11、转动副R12及转动副R13均垂直于定平台，转动副R14沿动平台X轴方向设置。
转动副R11连接有第一转动电机，转动副R12连接有第二转动电机。
第二支链包括与定平台连接的万向铰U21，万向铰U21依次连接有第四连杆、转动副R22、第五连杆及万向铰U23，万向铰U23与动平台连接。
万向铰U23中远离动平台的转动副、转动副R22、万向铰U21中远离定平台的转动副及定平台相互平行设置，万向铰U23中且与动平台连接的转动副垂直于动平台，万向铰U21中且与定平台连接的转动副垂直于定平台。
万向铰U21中与定平台连接的转动副连接有第三转动的电机。
第三支链包括与定平台连接的球铰S31，球铰S31依次连接有第六连杆、移动副P32、第七连杆及球铰S33，球铰S33与动平台连接。
移动副P32还连接有液压驱动装置。
本发明的有益效果是：本发明具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构，具有两移动一转动运动模式，当动平台做平行于定平台的移动，再进行转动，到达相应的机构位形，则并联机构具有两转动一移动运动模式，不需要重新组装就能实现运动模式的变换，并且具有刚度高、精确度高及灵巧性强的特点。
附图说明
图1是本发明具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构具有两移动一转动的运动模式结构示意图；
图2是本发明具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构的瞬时机构位形结构示意图；
图3是本发明具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构的另一瞬时机构位形结构示意图；
图4是本发明具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构具有两转动一移动的运动模式结构示意图。
图中：1.第一连杆，2.第二连杆，3.第三连杆，4.第四连杆，5.第五连杆，6.第六连杆，7.第七连杆，8.动平台，9.定平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方法做一个详细的说明。
本发明具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构，如图1所示，包括矩形动平台8和定平台9，动平台8分别通过第一支链、第二支链及第三支链与定平台9连接，第一支链与动平台8的连接处记为A1，第二支链与动平台8的连接处记为A2，第三支链与动平台8的连接处记为A3，第一支链与定平台9的连接处记为B1，第二支链与定平台9的连接处记为B2，第三支链与定平台9的连接处记为B3。
第一支链包括与定平台9(B1)连接的转动副R11，转动副R11依次连接有第一连杆1、转动副R12、第二连杆2、转动副R13、第三连杆3及转动副R14，转动副R14与动平台8连接，转动副R11、转动副R12及转动副R13相互平行设置，且转动副R11、转动副R12及转动副R13均垂直于定平台9，转动副R14沿动平台X轴方向设置，转动副R11连接有第一转动电机，转动副R12连接有第二转动电机，第二转动电机在本发明并联机构运动模式从两移动一转动向两转动一移动运动模式变换时进行工作。
第二支链包括与定平台9(B2)连接的万向铰U21，万向铰U21依次连接有第四连杆4、转动副R22、第五连杆5及万向铰U23，万向铰U23与动平台8连接，万向铰U23中远离动平台8的转动副、转动副R22、万向铰U21中远离定平台9的转动副及定平台(9)相互平行设置，万向铰U23中且与动平台8连接的转动副垂直于动平台8，万向铰U21中且与定平台9连接的转动副垂直于定平台9，万向铰U21中与定平台9连接的转动副连接有第三转动的电机。
第三支链包括与定平台9(B3)连接的球铰S31，球铰S31依次连接有第六连杆6、移动副P32、第七连杆7及球铰S33，球铰S33与动平台8连接，移动副P32还连接有液压驱动装置，液压驱动装置用于驱动移动副P32进行移动。
定平台9为一个或三个，定平台9为三个时，定平台9包括第一定平台、第二定平台及第三定平台，第一定平台与第一支链连接，连接处记为B1，第二定平台与第二支链连接，连接处记为B2，第三定平台与第三支链连接，连接处记为B3。
本发明具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构的两种运动模式变换的过程具体如下：
当本发明并联机构处于图1所示位形下，控制第一支链中的转动副R11、第二支链中的万向铰U21中与动平台8连接的转动副、第三支链中的移动副P32，使得动平台8在其所在平面内做两个维度的平面移动、和垂直于平面的一个维的转动，此时转动副R14平行于定平台，即图1所示位形具有两移动一转动运动模式。
当图1所示机构位形下，动平台8沿动平台8所在平面做有限位移后，第二支链中的两个zR共轴，机构位形如图2所示。此时第二支链具有一个过定平台9(B2)绕平行于z2轴的转轴转动的局部转动自由度。在图2所示机构位形下，机构自由度总数目变为4，控制第一支链中的转动副R11、R12、第二支链中的万向铰U21中与动平台8连接的转动副、第三支链中的移动副P32，使得动平台8沿定坐标系X轴做有限位移后，动平台8又处于图1所示机构运动模式，因而，图2所示并联机构所具有的运动模式是瞬时的。在图2所示位形下，控制第一支链中的转动副R11、R12、第二支链中万向铰U21中与动平台连接8的转动副、第三支链中的移动副P32，使得动平台8保持位姿不变，第二支链过点定平台9(B2)绕平行于z2轴的转轴转动90°后，第二支链中的平面位移子群运动链yRyRyR可变换为xRxRxR，得到图3中的机构位形。
在图3所示机构位形下，当动平台沿定坐标系Y轴做有限移动后，第二支链末端会增加一个移动自由度，此时动平台8具有两转动两移动运动模式；当动平台8绕平行于定坐标系X轴的转轴转动后，动平台具有两转动一移动运动模式。因而，图3所示机构位形下的运动模式具有瞬时性。
当动平台8在图3所示位形下，控制第一支链中的转动副R11、R12、第二支链中万向铰U21中与动平台8连接的转动副、第三支链中的移动副P32，沿平行于定坐标系X轴的轴线做有限转动后，机构处于图4所示位形。
当机构位形处于图4所示位形下，控制第一支链中的转动副R11、第二支链中的万向铰U21中与动平台8连接的转动副、第三支链中的移动副P32，使得动平台8在其所在平面内做两个维度的转动和一维移动，机构具有两转动一移动运动模式。
本发明具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构的两移动一转动运动模式的工作过程：当机构处于图1所示位形下，控制第一支链中的转动副R11、第二支链中U21中与动平台8连接的转动副、第三支链中的移动副P32，使得动平台8在其所在平面内做两个维度的平面的移动、和垂直于移动平面的一维转动。
本发明具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构的两转动一移动运动模式的工作过程：当机构处于图4所示位形下，控制第一支链中的转动副R11、第二支链中U21中与动平台8连接的转动副、第三支链中的移动副P32，使得动平台8做沿着动平台坐标系x、y轴的转动、和在沿着动平台坐标系y轴的1维转动。
本发明具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构，具有两移动一转动运动模式，当动平台做平行于定平台的移动，再进行转动，到达相应的机构位形，则并联机构具有两转动一移动运动模式，不需要重新组装就能实现运动模式的变换，并且具有刚度高、精确度高及灵巧性强的特点。
Claims (2)
1.具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构，其特征在于：包括矩形的动平台(8)和定平台(9)，所述动平台(8)分别通过第一支链、第二支链及第三支链与定平台(9)连接；
所述第一支链包括与定平台(9)连接的转动副R11，所述转动副R11依次连接有第一连杆(1)、转动副R12、第二连杆(2)、转动副R13、第三连杆(3)及转动副R14，所述转动副R14与动平台(8)连接；
所述转动副R11、转动副R12及转动副R13相互平行设置，且所述转动副R11、转动副R12及转动副R13均垂直于定平台(9)，所述转动副R14沿动平台X轴方向设置；
所述转动副R11连接有第一转动电机，所述转动副R12连接有第二转动电机；
所述第二支链包括与定平台(9)连接的万向铰U21，所述万向铰U21依次连接有第四连杆(4)、转动副R22、第五连杆(5)及万向铰U23，所述万向铰U23与动平台(8)连接；
所述万向铰U23中远离动平台(8)的转动副、转动副R22、万向铰U21中远离定平台(9)的转动副及定平台(9)相互平行设置，所述万向铰U23中且与动平台(8)连接的转动副垂直于动平台(8)，所述万向铰U21中且与定平台(9)连接的转动副垂直于定平台(9)；
所述万向铰U21中且与定平台(9)连接的转动副连接有第三转动的电机；
所述第三支链包括与定平台(9)连接的球铰S31，所述球铰S31依次连接有第六连杆(6)、移动副P32、第七连杆(7)及球铰S33，所述球铰S33与动平台(8)连接；
所述移动副P32还连接有液压驱动装置。
2.根据权利要求1所述的具有2R1T和2T1R两种运动模式的并联机构，其特征在于：所述定平台(9)为一个或三个。
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