一移動三轉(zhuǎn)動四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(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)，具體是一種一移動三轉(zhuǎn)動(1T3R)四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)通常由動平臺和固定平臺通過多條支鏈聯(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)四自由度并聯(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)四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)均具有4條鏈，這不僅限制了動平臺的工作空間，而且增加材料，使結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。現(xiàn)有大多數(shù)四自由度并聯(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)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN101716764A，公開(公告)日，2010.06.02，公開了一種適用于減振的四自由度冗余驅(qū)動混聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由定平臺，中間平臺、動平臺、六個主動支鏈和一個被動支鏈構(gòu)成。中間平臺通過三個結(jié)構(gòu)相同的分支與定平臺相連，每個分支中含有一個固定于定平臺上的傾斜放置的可伸縮桿作為驅(qū)動副，驅(qū)動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萬向鉸與中間平臺相連，且兩個萬向鉸的內(nèi)軸線和外軸線分別相互平行；中間平臺與動平臺之間通過三個結(jié)構(gòu)相同分支連接，每個分支含有一個作為驅(qū)動副的可伸縮連桿，連桿一端用萬向鉸與中間平臺相連，另一端通過球鉸與動平臺相連；動平臺與中間平臺的中心通過含有一個萬向鉸的被動支鏈相連。但該技術(shù)為冗余驅(qū)動，要求驅(qū)動電機(jī)多于平臺自由度，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)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種一移動三轉(zhuǎn)動四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其動平臺的轉(zhuǎn)動特征具有轉(zhuǎn)動移動完全解耦的特點(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:動平臺、基座以及三條支鏈，其中:支鏈的一端均與基座活動連接，另一端與動平臺活動連接，使得動平臺作一維移動和繞固定點(diǎn)O作球面三自由度轉(zhuǎn)動。
[0008]所述的三條支鏈均為雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈，其中:至少一條支鏈與基座一維活動連接，具體為:
[0009]a) 一條支鏈與基座一維活動連接，另外兩條支鏈與基座二維活動連接，或者
[0010]b)三條支鏈均與基座一維活動連接。
[0011]所述的雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的運(yùn)動副以及兩個弧形桿，其中:第一弧形桿的兩端分別與運(yùn)動副與第二弧形桿轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成兩個轉(zhuǎn)動副，第二弧形桿的另一端與動平臺轉(zhuǎn)動連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，運(yùn)動副的另一端與基座活動連接。
[0012]所述的運(yùn)動副優(yōu)選采用平行四邊形運(yùn)動副，該運(yùn)動副也可以替換為移動副實(shí)現(xiàn)，所述的支鏈均通過轉(zhuǎn)動副或移動副驅(qū)動。
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)動靈活，動平臺的轉(zhuǎn)動特征與移動特征完全解親。
【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3為實(shí)施例3結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖中:1為基座、2、3為桿件、4、5為轉(zhuǎn)動副桿件、6為動平臺、LI?L3為支鏈、Pa為平行四邊形運(yùn)動副、Pl?P3為移動副、Rll?R33為轉(zhuǎn)動副。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對本發(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
[0019]如圖1所示，本實(shí)施例包括:動平臺6、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活動連接，另一端與動平臺6轉(zhuǎn)動連接，使得動平臺6作三維移動和繞固定點(diǎn)作球面二自由度轉(zhuǎn)動。
[0020]所述的支鏈LI?L3均包括:依次串聯(lián)的平行四邊形運(yùn)動副Pa以及兩個弧形桿4、5，其中:第一弧形桿4的兩端分別與平行四邊形運(yùn)動副Pa和第二弧形桿5的一端轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副R11/R21/R31以及R12/R22/R32，第二弧形桿5的另一端與動平臺6轉(zhuǎn)動連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副R13/R23/R33，平行四邊形運(yùn)動副Pa的一端與基座I活動連接。
[0021]所述的平行四邊形運(yùn)動副Pa通過直連桿4與弧形桿轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副Rll/R21/R31，該轉(zhuǎn)動副的軸線與直連桿4的軸線重合，所述的支鏈上的轉(zhuǎn)動副Rll?R33的軸線均相交于一點(diǎn)O，即些二條支鏈上的9個轉(zhuǎn)動副的軸線匯聚于一點(diǎn)，且此點(diǎn)位于三條支鏈的第一弧形桿4與平行四邊形運(yùn)動副Pa轉(zhuǎn)動連接形成的轉(zhuǎn)動副R1/R21/R31的軸線上。
[0022]所述的支鏈LI?L3均通過轉(zhuǎn)動副或移動副驅(qū)動。
[0023]本實(shí)施例中支鏈LI?L3分別通過設(shè)置于基座I上的對應(yīng)移動副實(shí)現(xiàn)一維活動連接，三條移動副在圓周上均勻分布，三條移動副的軸線各夾角均為120度。
[0024]本裝置中，所述的動平臺的三維轉(zhuǎn)動特征僅與轉(zhuǎn)動副&驅(qū)動有關(guān)；而與移動副P !驅(qū)動無關(guān)。點(diǎn)O的一維移動特征僅與移動副P1驅(qū)動有關(guān)，而與轉(zhuǎn)動副R巧區(qū)動無關(guān)；動平臺的轉(zhuǎn)動特征具有完全解耦的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例2
[0025]如圖2所示，本實(shí)施例中采用與實(shí)施例相同的三個支鏈，其中兩個支鏈與基座I 二維活動連接，一個支鏈與基座I 一維活動連接。
[0026]所述的二維活動連接，通過兩組，每組兩條設(shè)置于基座I上且垂直相連的移動副實(shí)現(xiàn)，每條支鏈分別與對應(yīng)的移動副組合相連。
[0027]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可作豎直方向的一個移動和繞O點(diǎn)的三個轉(zhuǎn)動；而實(shí)施例2可實(shí)現(xiàn)水平方向的一個移動和繞O點(diǎn)三個轉(zhuǎn)動。
實(shí)施例3
[0028]如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2相比將平行四邊形運(yùn)動副替換為移動副。
[0029]本實(shí)施例所具有的技術(shù)效果相比實(shí)施例2:其運(yùn)動副均為單自由度運(yùn)動副，其結(jié)構(gòu)簡單，易實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種一移動三轉(zhuǎn)動四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括:動平臺、基座以及三條支鏈，其中:支鏈的一端均與基座活動連接，另一端與動平臺活動連接，所述的三條支鏈均為雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈，其中:至少一條支鏈與基座一維活動連接，使得動平臺作一維移動和繞固定點(diǎn)O作球面三自由度轉(zhuǎn)動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的運(yùn)動副以及兩個弧形桿，其中:第一弧形桿的兩端分別與運(yùn)動副與第二弧形桿轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成兩個轉(zhuǎn)動副，第二弧形桿的另一端與動平臺轉(zhuǎn)動連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，運(yùn)動副的另一端與基座活動連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的運(yùn)動副采用平行四邊形運(yùn)動副。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈包括:依次串聯(lián)的移動副以及兩個弧形桿，其中:第一弧形桿的兩端分別與移動副與第二弧形桿轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成兩個轉(zhuǎn)動副，第二弧形桿的另一端與動平臺轉(zhuǎn)動連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，移動副的另一端與基座活動連接。5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的支鏈均通過轉(zhuǎn)動副以及轉(zhuǎn)動副或移動副驅(qū)動。6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(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連接，另外兩條支鏈與基座二維活動連接，或者 b)三條支鏈均與基座一維活動連接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的一維活動連接通過三條支鏈分別與設(shè)置于基座上的對應(yīng)移動副實(shí)現(xiàn)一維活動連接實(shí)現(xiàn)，該三條移動副在圓周上均勻分布； 所述的二維活動連接通過兩條設(shè)置于基座上且垂直相連的移動副實(shí)現(xiàn)，每條支鏈分別與對應(yīng)的移動副組合相連。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的運(yùn)動副通過直連桿與弧形桿轉(zhuǎn)動連接并構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，該轉(zhuǎn)動副的軸線與直連桿的軸線重合，所述的支鏈上的轉(zhuǎn)動副的軸線均相交于一點(diǎn)O，即些二條支鏈上的9個轉(zhuǎn)動副的軸線匯聚于一點(diǎn)，且此點(diǎn)位于三條支鏈的第一弧形桿與平行四邊形運(yùn)動副轉(zhuǎn)動連接形成的轉(zhuǎn)動副的軸線上。
【專利摘要】一種一移動三轉(zhuǎn)動四自由度轉(zhuǎn)動移動完全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括：動平臺、基座以及三條支鏈，其中：支鏈的一端均與基座活動連接，另一端與動平臺活動連接，所述的三條支鏈均為雙轉(zhuǎn)動自由度支鏈，其中：至少一條支鏈與基座一維活動連接，使得動平臺作一維移動和繞固定點(diǎn)O作球面三自由度轉(zhuǎn)動；所述的動平臺的轉(zhuǎn)動特征具有轉(zhuǎn)動移動完全解耦的特點(diǎn)，同時本裝置具有支鏈少，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】CN104985610
【申請?zhí)枴緾N201510387558
【發(fā)明人】林榮富, 郭為忠, 高峰
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月2日