一种空间两转动一平动的冗余约束并联机构及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种空间两转动一平动的冗余约束并联机构及其工作方法，该并联机构是一种4支链3自由度的1UPS&2RPS&1PU型空间拓扑结构，该并联机构包括动平台、静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，所述动平台经第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链与静平台连接在一起，所述第一支链为UPS型主动运动支链，所述第二支链为RPS型主动运动支链，所述第三支链为RPS型主动运动支链，所述第四支链为PU型被动运动支链，所述动平台作为机构的输出部件，在三条主动运动支链的共同驱动下，机构实现了所述动平台相对静平台的两转动一平动的动作。本发明专利技术不仅结构简单，而且具有良好的结构刚度。

A Redundant Constrained Parallel Mechanism with Two Rotations and One Translation in Space and Its Working Method

The invention relates to a redundant restrained parallel mechanism with two rotations and one translation in space and its working method. The parallel mechanism is a 1 UPS-2 RPS-1 PU spatial topological structure with four branches and three degrees of freedom. The parallel mechanism includes a moving platform, a static platform, a first, a second, a third and a fourth branch chains. The first branch chain is an UPS type active motion branch chain, the second branch chain is an RPS type active motion branch chain, the third branch chain is an RPS type active motion branch chain, the fourth branch chain is a PU type passive motion branch chain, and the moving platform is connected with the static platform by the first branch chain, the second branch chain is an RPS type active motion branch chain, the third branch chain is an RPS type active motion branch chain, and the fourth branch chain is a PU type passive motion branch chain. As the output part of the mechanism, driven by three active motion branches, the mechanism realizes two rotations and one translation of the dynamic platform relative to the static platform. The invention not only has simple structure, but also has good structural stiffness.

【技术实现步骤摘要】
一种空间两转动一平动的冗余约束并联机构及其工作方法
本专利技术涉及一种空间两转动一平动的冗余约束并联机构及其工作方法。
技术介绍
两转动一平动（2R1T）的三自由度并联机构凭借其具有提高结构的整体刚度、消除奇异点和提高结构灵巧度、良好的定位精度、加工性能以及动力学性能、结构简单、紧凑、易于实现控制以及制造成本相对较低等优点，已然成为机器人领域的一大研究热点，大量的五自由度混联机器人采用了这类机构串接具有两自由度转动头或两自由度x-y移动平台的设计方案。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本专利技术所要解决的技术问题是提供一种空间两转动一平动的冗余约束并联机构及其工作方法，不仅结构简单，而且具有良好的结构刚度。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：空间两转动一平动的冗余约束并联机构是一种4支链3自由度的1UPS&2RPS&1PU型空间拓扑结构，该并联机构包括动平台、静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，所述动平台经第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链与静平台连接在一起，所述第一支链为UPS型主动运动支链，所述第二支链为RPS型主动运动支链，所述第三支链为RPS型主动运动支链，所述第四支链为PU型被动运动支链，所述动平台作为机构的输出部件，在三条主动运动支链的共同驱动下，机构实现了所述动平台相对静平台的两转动一平动的动作。进一步地，所述第一支链包括第一虎克铰、第一移动副以及第一球副，所述第一虎克铰与静平台相连接，所述第一移动副作为机构的主动运动副，所述第一球副与动平台相连接。进一步地，所述第二支链包括第一转动副、第二移动副以及第二球副，所述第一转动副与静平台相连接，所述第二移动副作为机构的主动运动副，所述第二球副与动平台相连接。进一步地，所述第三支链包含第二转动副、第三移动副以及第三球副，所述第二转动副与静平台相连接，所述第三移动副作为机构的主动运动副，所述第三球副与动平台相连接。进一步地，所述第四支链包含第四移动副以及第二虎克铰，所述第四移动副与静平台相连接，所述第四移动副作为机构的被动运动副，所述第二虎克铰与动平台相连接。进一步地，所述第一转动副的中心、第二转动副的中心、第一虎克铰的中心以等腰三角形分布在静平台上，所述第二虎克铰的中心、第一球副、第二球副、第三球副的中心以等腰三角形分布在动平台上。进一步地，所述第一球副包含转动轴线转动轴线以及转动轴线所述转动轴线转动轴线以及转动轴线相交于一点且不共面；所述第二球副包含转动轴线转动轴线以及转动轴线所述转动轴线转动轴线以及转动轴线相交于一点且不共面；所述第三球副包含转动轴线转动轴线以及转动轴线所述转动轴线转动轴线以及转动轴线相交于一点且不共面；所述第一虎克铰包含转动轴线与转动轴线所述转动轴线与转动轴线垂直相交；所述第二虎克铰包含转动轴线与转动轴线所述转动轴线与转动轴线垂直相交；所述第一转动副的转动轴线为所述第二转动副的转动轴线为所述转动轴线与转动轴线互相平行，所述转动轴线与转动轴线互相垂直，所述转动轴线与转动轴线互相垂直；所述第一移动副的移动轴线为所述移动轴线垂直于转动轴线与转动轴线所述第二移动副的移动轴线为所述移动轴线垂直于转动轴线与转动轴线所述第三移动副的移动轴线为所述移动轴线垂直于转动轴线与转动轴线所述第四移动副的移动轴线为所述移动轴线垂直于转动轴线进一步地，所述第一移动副采用丝杠滑台，第四移动副采用滑块导轨；所述第一移动副包含第一滑块、第一丝杠、与第一滑块相配合的第一直线导轨、第一连杆以及驱动第一丝杠的第一伺服电机，所述第一滑块作为第一移动副的承导件，所述第一滑块固定连接在第一虎克铰上，所述第一直线导轨作为第一移动副的运动件，固定连接在所述第一连杆；第二移动副采用丝杠滑台，所述第二移动副包含第二滑块、第二丝杠、与第二滑块相配合的第二直线导轨、第二连杆以及驱动第二丝杠的第二伺服电机，所述第二滑块作为第二移动副的承导件，所述第二滑块固定连接在第一转动副上，所述第二直线导轨作为第二移动副的运动件，固定连接在所述第二连杆；第三移动副采用丝杠滑台，所述第三移动副包含第三滑块、第三丝杠、与第三滑块相配合的第三直线导轨、第三连杆以及驱动第三丝杠的第三伺服电机，所述第三滑块作为第三移动副的承导件，所述第三滑块固定连接在第二转动副上，所述第三直线导轨作为第三移动副的运动件，固定连接在所述第三连杆。进一步地，所述第四移动副包含第四滑块、第四滑块相配合的第四直线导轨，所述第四滑块作为第四移动副的承导件，所述第四滑块固定连接在固定架上。两转动一平动的冗余约束并联机构的工作方法如下，通过驱动第一支链的第一移动副、第二支链的第二移动副、第三支链的第三移动副，唯一确定动平台一个位姿，从而实现动平台相对静平台两转动与一平动的动作。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术实现动平台相对静平台2R1T三自由度的运动输出；结构紧凑，具有三台条运动支链和一条被动运动支链，这种驱动的方式有利于机构整体刚度的提高；承载能力大、刚度大、精度高模块化程度高，既可以作为独立运动模块实现2R1T动作，亦可通过动平台串接不同形式的末端执行器实现多种作业，在高速、精密以及高刚度加工领域都有着广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例的整体结构示意图。图2为本专利技术实施例的去除动平台后的结构示意图。图3为本专利技术实施例中第一支链的结构示意图。图4为本专利技术实施例中第二支链的结构示意图。图5为本专利技术实施例中第三支链的结构示意图。图6为本专利技术实施例中第四支链的结构示意图。图中：1-动平台，2-静平台，3-第一支链，301-第一组滑块，302-第一丝杠，303-第一直线导轨，304-第一连杆，305-第一伺服电机，4-第二支链，401-第二组滑块，402-第二丝杠，403-第二直线导轨，404-第二连杆，405-第二伺服电机，5-第三支链，501-第三组滑块，502-第三丝杠，503-第三直线导轨，504-第三连杆，505-第三伺服电机；6-第四支链，601-第四组滑块，602-第四直线导轨，603-第四连杆，604-固定架；U1-第一虎克铰，P1-第一移动副，S1-第一球副；R1-第一转动副，P2-第二移动副，S2-第二球副；R2-第二转动副，P3-第三移动副，S3-第三球副；P4-第四移动副，U2-第二虎克铰。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。空间两转动一平动的冗余约束并联机构，包括动平台1、静平台2、第一支链3、第二支链4、第三支链5以及第四支链6，所述动平台经第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链与静平台连接在一起，所述第一支链为UPS型主动运动支链，所述第二支链为RPS型主动运动支链，所述第三支链为RPS型主动运动支链，所述第四支链为PU型被动支链；所述动平台1作为机构的输出部件，在三条主动运动链的共同驱动下，机构实现了所述动平台1相对静平台2两转动与一平动的动作，也就是动平台1相对静平台2的2R1T动作。所述第一支链为UPS型主动运动支链，即自静平台到动平台相继分布有虎克铰U、移动副P和球副S；所述第二支链为RPS型主动运动支链即自静平台到动平台相继分布有转动副R、移动副P和球副S型，所述第三支链为RPS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间两转动一平动的冗余约束并联机构，其特征在于：该并联机构是一种4支链3自由度的1UPS&2RPS&1PU型空间拓扑结构，该并联机构包括动平台、静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，所述动平台经第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链与静平台连接在一起，所述第一支链为UPS型主动运动支链，所述第二支链为RPS型主动运动支链，所述第三支链为RPS型主动运动支链，所述第四支链为PU型被动运动支链，所述动平台作为机构的输出部件，在三条主动运动支链的共同驱动下，机构实现了所述动平台相对静平台的两转动一平动的动作。

【技术特征摘要】
1.一种空间两转动一平动的冗余约束并联机构，其特征在于：该并联机构是一种4支链3自由度的1UPS&2RPS&1PU型空间拓扑结构，该并联机构包括动平台、静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，所述动平台经第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链与静平台连接在一起，所述第一支链为UPS型主动运动支链，所述第二支链为RPS型主动运动支链，所述第三支链为RPS型主动运动支链，所述第四支链为PU型被动运动支链，所述动平台作为机构的输出部件，在三条主动运动支链的共同驱动下，机构实现了所述动平台相对静平台的两转动一平动的动作。2.根据权利要求1所述的空间两转动一平动的冗余约束并联机构，其特征在于：所述第一支链包括第一虎克铰、第一移动副以及第一球副，所述第一虎克铰与静平台相连接，所述第一移动副作为机构的主动运动副，所述第一球副与动平台相连接。3.根据权利要求2所述的空间两转动一平动的冗余约束并联机构，其特征在于：所述第二支链包括第一转动副、第二移动副以及第二球副，所述第一转动副与静平台相连接，所述第二移动副作为机构的主动运动副，所述第二球副与动平台相连接。4.根据权利要求3所述的空间两转动一平动的冗余约束并联机构，其特征在于：所述第三支链包含第二转动副、第三移动副以及第三球副，所述第二转动副与静平台相连接，所述第三移动副作为机构的主动运动副，所述第三球副与动平台相连接。5.根据权利要求4所述的空间两转动一平动的冗余约束并联机构，其特征在于：所述第四支链包含第四移动副以及第二虎克铰，所述第四移动副与静平台相连接，所述第四移动副作为机构的被动运动副，所述第二虎克铰与动平台相连接。6.根据权利要求5所述的空间两转动一平动的冗余约束并联机构，其特征在于：所述第一转动副的中心、第二转动副的中心、第一虎克铰的中心以等腰三角形分布在静平台上，所述第二虎克铰的中心、第一球副、第二球副、第三球副的中心以等腰三角形分布在动平台上。7.根据权利要求5或6所述的空间两转动一平动的冗余约束并联机构，其特征在于：所述第一球副包含转动轴线转动轴线以及转动轴线所述转动轴线转动轴线以及转动轴线相交于一点且不共面；所述第二球副包含转动轴线转动轴线以及转动轴线所述转动轴线转动轴线以及转动轴线相交于一点且不共面；所述第三球副包含转动轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，詹鹏飞，方汉良，汤腾飞，许涛，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35