無匯交軸線的對稱兩轉動一移動並聯機構的製作方法
2023-11-11 18:02:27
專利名稱：無匯交軸線的對稱兩轉動一移動並聯機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械領域的並聯機構，特別涉及一種空間少自由度的無匯交軸線的對稱兩轉動一移動並聯機構。
背景技術：
並聯機器人與串聯機器人相比，具有剛度大、運動速度快、精度高等優點，在機械工業領域具有廣泛的應用。Hunt在1983年提出了一種3-RPS三自由度並聯機構，具有兩個轉動自由度和一個垂直於定平臺的移動自由度(K. H. Hunt, Structural Kinematicsof In-Parallel-Actuated Robot—Arms, Journal of Mechanisms Transmissions andAutomation in Design, 105 (1983) 705-705)，這種機構後來得到了廣泛的關注和應用。與3-RPS具有類似運動性質的3-PRS三自由度並聯機構已經成功應用於工具機主軸。但傳統的分支結構中或者含有球面副，或者含有多個空間匯交於一點的轉動副。這樣的分支結構為實際的加工製造帶來很大的困難，難以保證精度。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的不足，提供一種加工製造比較方便，且容易保證加工精度的無匯交軸線的對稱兩轉動一移動並聯機構。本發明包括定平臺、動平臺，以及並行連接在定、動兩平臺間的三條結構完全相同的活動分支，所有活動分支分別由兩個轉動副和一個三自由度平面子鏈構成。所述三自由度平面子鏈是指由三個運動副通過連接杆件相互連接組合在一起，運動副相互之間只發生平面運動的運動鏈。例如可以由三個相互平行的轉動副構成(表述為RRR )，也可以由轉動副和移動副共同構成。本發明的三自由度平面子鏈的三個運動副，其中一個運動副為轉動副，另外兩個運動副分別為轉動副或移動副，且轉動副的軸線相互平行，移動副的移動中心線與轉動副的軸線相互垂直。三自由度平面子鏈有以下7種組合形式RRR、RPR、RRP、PRR、RPP、PRP、PPR，R代表
轉動副，P代表移動副。每個活動分支中的三自由度平面子鏈和兩個轉動副與定、動兩平臺間有以下四種連接方式
第一種連接方式每個活動分支中的三自由度平面子鏈與定平臺連接，該平面子鏈中的轉動副的軸線與定平臺平行布置。活動分支中的兩個轉動副，其中一個是與動平臺相連接的動平臺轉動副，另一個是位於三自由度平面子鏈與動平臺轉動副之間的中間轉動副。上述動平臺轉動副的軸線可以與動平臺傾斜、垂直或平行，中間轉動副的軸線與動平臺轉動副的軸線互不平行，而且該中間轉動副的軸線與三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線也互不平行。第二種連接方式每個活動分支中的三自由度平面子鏈與動平臺連接，該三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線與動平臺平行布置。活動分支中的兩個轉動副，其中一個是與定平臺相連的定平臺轉動副，該定平臺轉動副可以與定平臺傾斜、垂直或平行；另一個轉動副是位於定平臺轉動副和三自由度平面子鏈之間的中間轉動副，該中間轉動副的軸線與定平臺轉動副的軸線互不平行，而且該中間轉動副的軸線與三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線也互不平行。第三種連接方式每個活動分支中的兩個轉動副，其中一個是與動平臺相連接的動平臺轉動副，該動平臺轉動副的軸線可以與動平臺平行、傾斜或垂直布置；另一個是與定平臺相連的定平臺轉動副，該定平臺轉動副的軸線與定平臺垂直布置，三自由度平面子鏈位於上述兩個轉動副之間，該三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線與定平臺轉動副的軸線相互垂直，與動平臺轉動副的軸線互不平行；
第四種連接方式每個活動分支中的兩個轉動副，其中一個是與動平臺相連接的動平臺轉動副，該動平臺轉動副的軸線與動平臺垂直布置；另一個是與定平臺相連的定平臺轉動副，該定平臺轉動副的軸線可以與定平臺平行、傾斜或垂直布置，三自由度平面子鏈位於上述兩個轉動副之間，該三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線與動平臺轉動副的軸線相互垂直，與定平臺轉動副的軸線互不平行。上述四種連接方式中，活動分支中相鄰的兩個轉動副的軸線相互垂直時能夠被一個萬向鉸鏈替換，相鄰的一個移動副的移動中心線和一個轉動副的軸線相互平行時能夠被一個圓柱副替換。本發明與現有技術相比具有突出的優點機構中無任何匯交的軸線，活動分支結構非常簡單，加工製造比較方便，且容易保證加工精度，具有很廣闊的應用前景。
圖I是本發明實施例I的立體示意 圖2是本發明實施例2的立體示意 圖3是本發明實施例3的立體示意 圖4是本發明實施例4的立體示意 圖5是本發明實施例5的立體示意 圖6是本發明實施例6的立體示意 圖7是本發明實施例7的立體示意 圖8是本發明實施例8的立體不意 圖9是本發明實施例9的立體示意 圖10是本發明實施例10的立體示意 圖11是本發明實施例11的立體示意 圖12是本發明實施例12的立體示意 圖13是本發明實施例13的立體示意圖。
具體實施例方式 實施例I :在圖I所示的無匯交軸線的對稱兩轉動一移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副R4、R5和一個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由三個軸線相互平行的轉動副R1、轉動副R2、轉動副R3構成，轉動副Rl連接定平臺I和連杆2，並且其軸線與定平臺平行布置，轉動副R2連接連杆2和連杆3，轉動副R3連接連杆3和連杆4，轉動副R4連接連杆4和連杆5，該轉動副R4的軸線與轉動副R3的軸線不相互平行，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，並且轉動副R5的軸線與動平臺垂直布置，該轉動副R5的軸線與轉動副R4的軸線不相互平行。實施例2 :在圖2所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副R4、R5和ー個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由三個軸線相互平行的轉 動副Rl、轉動副R2、轉動副R3構成，轉動副Rl連接定平臺I和連杆2，並且其軸線與定平臺平行布置，轉動副R2連接連杆2和連杆3，轉動副R3連接連杆3和連杆4，轉動副R4連接連杆4和連杆5，該轉動副R4的軸線與轉動副R3的軸線不相互平行，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，並且轉動副R5的軸線與動平臺傾斜布置，該轉動副R5的軸線與轉動副R4的軸線不相互平行。實施例3 :在圖3所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副R4、R5和ー個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由三個軸線相互平行的轉動副Rl、轉動副R2、轉動副R3構成，轉動副Rl連接定平臺I和連杆2，並且其軸線與定平臺平行布置，轉動副R2連接連杆2和連杆3，轉動副R3連接連杆3和連杆4，轉動副R4連接連杆4和連杆5，該轉動副R4的軸線與轉動副R3的軸線不相互平行，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，並且轉動副R5的軸線與動平臺平行布置，該轉動副R5的軸線與轉動副R4的軸線不相互平行。實施例4 :在圖4所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副R4、R5和ー個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由移動副P1、轉動副R2、轉動副R3構成，轉動副R2的軸線與移動副Pl的移動中心線相互垂直，轉動副R3的軸線與轉動副R2的軸線相互平行，移動副Pl連接定平臺I和連杆2，轉動副R2連接連杆2和連杆3，該轉動副R2的軸線與定平臺平行布置，轉動副R3連接連杆3和連杆4，轉動副R4連接連杆4和連杆5，該轉動副R4的軸線與轉動副R3的軸線不相互平行，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，並且轉動副R5的軸線與動平臺垂直布置，該轉動副R5的軸線與轉動副R4的軸線不相互平行。實施例5 :在圖5所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副R4、R5和ー個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由轉動副Rl、移動副P2、轉動副R3構成，移動副P2與轉動副Rl的軸線相互垂直，轉動副R3的軸線與轉動副Rl的軸線平行，轉動副Rl連接定平臺I和連杆2，該轉動副Rl的軸線與定平臺平行布置，移動副P2連接連杆2和連杆3，轉動副R3連接連杆3和連杆4，轉動副R4連接連杆4和連杆5，該轉動副R4的軸線與轉動副R3的軸線不相互平行，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，並且轉動副R5的軸線與動平臺垂直布置，該轉動副R5的軸線與轉動副R4的軸線不相互平行。實施例6 :在圖6所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副R4、R5和ー個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由轉動副R1、轉動副R2、移動副P3構成，轉動副R2的軸線與轉動副Rl的軸線相互平行，移動副P3與轉動副R2的軸線相互垂直，轉動副Rl連接定平臺I和連杆2，該轉動副Rl的軸線與定平臺平行布置，轉動副R2連接連杆2和連杆3，移動副P3連接連杆3和連杆4，轉動副R4連接連杆4和連杆5，該轉動副R4的軸線與轉動副R2的軸線不相互平行，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，並且轉動副R5的軸線與動平臺6垂直布置，該轉動副R5的軸線與轉動副R4的軸線不相互平行。
實施例7 :在圖7所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副R4、R5和ー個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由轉動副R1、移動副P2、移動副P3構成，移動副P2與轉動副Rl的軸線相互垂直，移動副P3與轉動副Rl的軸線相互垂直，轉動副Rl連接定平臺I和連杆2，該轉動副Rl的軸線與定平臺平行布置，移動副P2連接連杆2和連杆3，移動副P3連接連杆3和連杆4，轉動副R4連接連杆4和連杆5，該轉動副R4的軸線與轉動副Rl的軸線不相互平行，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，並且轉動副R5的軸線與動平臺垂直布置，該轉動副R5的軸線與轉動副R4的軸線不相互平行。實施例8 :在圖8所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副R4、R5和ー個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由移動副P1、轉動副R2、移動副P3構成，轉動副R2的軸線與移動副Pl相互垂直，移動副P3的移動中心線與轉動副R2的軸線相互垂直，移動副Pl連接定平臺I和連杆2，轉動副R2連接連杆2和連杆3，該轉動副R2的軸線與定平臺平行布置，移動副P3連接連杆3和連杆4，轉動副R4連接連杆4和連杆5，該轉動副R4的軸線與轉動副R2的軸線不相互平行，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，並且轉動副R5的軸線與動平臺平行布置，該轉動副R5的軸線與轉動副R4的軸線不相互平行。實施例9 :在圖9所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副R4、R5和ー個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由移動副P1、移動副P2、轉動副R3構成，移動副Pl的移動中心線與轉動副R3的軸線相互垂直，移動副P2的移動中心線與轉動副R3的軸線相互垂直，移動副Pl連接定平臺I和連杆2，移動副P2連接連杆2和連杆3，轉動副R3連接連杆3和連杆4，該轉動副R3的軸線與定平臺平行布置，轉動副R4連接連杆4和連杆5，該轉動副R4的軸線與轉動副R3的軸線不相互平行，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，並且轉動副R5的軸線與動平臺垂直布置，該轉動副R5的軸線與轉動副R4的軸線不相互平行。實施例10 :在圖10所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副RU R2和ー個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由三個軸線相互平行的轉動副R3、轉動副R4、轉動副R5構成，轉動副Rl連接定平臺I和連杆2，並且轉動副Rl的軸線與定平臺垂直布置，轉動副R2連接連杆2和連杆3，該轉動副R2的軸線與轉動副Rl的軸線不相互平行，轉動副R3連接連杆3和連杆4，該轉動副R3的軸線與轉動副R2的軸線不相互平行，轉動副R4連接連杆4和連杆5，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，並且轉動副R5的軸線與動平臺6平行布置。
實施例11 :在圖11所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副RU R5和ー個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由三個軸線相互平行的轉動副R2、轉動副R3、轉動副R4構成，轉動副Rl連接定平臺I和連杆2，轉動副R2連接連杆2和連杆3，轉動副Rl的軸線與定平臺垂直布置，轉動副R2的軸線與轉動副Rl的軸線相互平行垂直，轉動副R3連接連杆3和連杆4，轉動副R4連接連杆4和連杆5，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，該轉動副R5的軸線與動平臺6傾斜布置，轉動副R5的軸線與轉動副R4的軸線不相互平行。實施例12 :在圖12所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由兩個轉動副RU R5和ー個三自由度的平面子鏈構成，該三自由度平面子鏈是由三個軸線相互平行的轉動副R2、轉動副R3、轉動副R4構成，轉動副Rl連接定平臺I和連杆2，該轉動副Rl的軸線與定平臺I傾斜布置，轉動副R2連接連杆2和連杆3，該轉動副R2的軸線與轉動副Rl的軸線不相互平行，轉動副R3連接連杆3和連杆4，轉動副R4連接連杆4和連杆5，轉動副R5連接連杆5和動平臺6，該轉動副R5的軸線與轉動副R4的軸線垂直布置，該轉動副R5的軸線與動平臺垂直布置。實施例13 :在圖13所示的無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構中，該並聯機構由定平臺I、動平臺6和三個結構完全相同的活動分支構成，每個活動分支由圓柱副Cl、轉動副R2和萬向鉸鏈U3構成，圓柱副Cl連接定平臺和連杆2，該圓柱副Cl的軸線與定平臺垂直布置，轉動副R2連接連杆2和連杆3，且該轉動副軸線與圓柱副Cl的軸線相互垂直。萬向鉸鏈U3連接連杆3和動平臺6。萬向鉸鏈U3中包含兩個垂直相交的轉動副。萬向鉸鏈U3與連杆3通過其第一個轉動副相連，且該轉動副軸線方向平行於轉動副R2。萬向鉸鏈U3與動平臺6通過其第二個轉動副相連，且該轉動副軸線方向與動平臺傾斜布置。
權利要求
1.一種無匯交軸線的對稱兩轉動ー移動並聯機構，包括定平臺、動平臺，以及並行連接在定、動兩平臺間的三條結構完全相同的活動分支，其特徵是所有活動分支分別由兩個轉動副和ー個三自由度平面子鏈構成；三自由度平面子鏈的三個運動副，其中ー個運動副為轉動副，另外兩個運動副分別為轉動副或移動副，且三自由度平面子鏈中轉動副的軸線相互平行，移動副的移動中心線與轉動副的軸線相互垂直，三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線分別與定平臺或動平臺平行布置，每個活動分支中的三自由平面子鏈和兩個轉動副與定、動兩平臺間的連接方式是以下四種之ー 第一種連接方式每個活動分支中的三自由度平面子鏈與定平臺連接，該三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線與定平臺平行布置，活動分支中的兩個轉動副，其中ー個是與動平臺相連接的動平臺轉動副，另ー個是位於三自由度平面子鏈與動平臺轉動副之間的中間轉動副，該中間轉動副的軸線與動平臺轉動副的軸線互不平行，而且該中間轉動副的軸線與三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線也互不平行； 第二種連接方式每個活動分支中的三自由度平面子鏈與動平臺連接，該三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線與動平臺平行布置，活動分支中的兩個轉動副，其中ー個是與定平臺相連接的定平臺轉動副，另ー個是位於定平臺轉動副和三自由度平面子鏈之間的中間轉動副，該中間轉動副的軸線與定平臺轉動副的軸線互不平行，而且該中間轉動副的軸線與三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線也互不平行； 第三種連接方式每個活動分支中的兩個轉動副，其中一個是與動平臺相連接的動平臺轉動副，另ー個是與定平臺相連的定平臺轉動副，該定平臺轉動副的軸線與定平臺垂直布置，三自由度平面子鏈位於上述兩個轉動副之間，該三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線與定平臺轉動副的軸線相互垂直，與動平臺轉動副的軸線互不平行； 第四種連接方式每個活動分支中的兩個轉動副，其中一個是與動平臺相連接的動平臺轉動副，該動平臺轉動副的軸線與動平臺垂直布置；另ー個是與定平臺相連的定平臺轉動副，三自由度平面子鏈位於上述兩個轉動副之間，該三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線與動平臺轉動副的軸線相互垂直，與定平臺轉動副的軸線互不平行。
2.根據權利要求I所述的無匯交軸線的對稱兩轉動一移動並聯機構，其特徵是所述活動分支中，當相鄰的兩個轉動副的軸線相互垂直時，該兩個轉動副能夠被ー個萬向鉸鏈替換；當相鄰的一個移動副的移動中心線和ー個轉動副的軸線相互平行吋，該移動副和轉動副能夠被Iv圓柱副替換。
全文摘要
本發明涉及一種無匯交軸線的對稱兩轉動一移動並聯機構，包括定平臺、動平臺，以及並行連接在定、動兩平臺間的三條結構完全相同的活動分支，其特徵是所有活動分支分別由一個三自由度平面子鏈和兩個轉動副構成，三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線相互平行、移動副的移動中心線與轉動副的軸線相互垂直，三自由度平面子鏈中的轉動副的軸線分別與定平臺或動平臺平行布置。其優點是該機構具有兩個轉動自由度和一個移動自由度，其活動分支中以及各分支之間都沒有任何匯交的軸線，結構非常簡單，加工製造比較方便，具有很廣闊的應用前景。
文檔編號B25J9/08GK102626919SQ20121007689
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者丁華鋒, 曹文熬, 李豔文, 陳子明, 陳誼超, 黃真 申請人:燕山大學