对称两转一移完全解耦并联机构制造技术

本发明专利技术公开一种对称两转一移完全解耦并联机构，包括基座、动平台以及三个分支，第一分支和第二分支均为PRR分支，由连杆、P副和R副组成，第三分支为CPU分支，由连杆、C副、P副和U副组成，三个分支通过运动副间实现完全解耦；第一分支和第二分支中，第一连杆的第一端通过P副与基座的滑轨连接，第二端与第二连杆的第一端通过R副连接，第二连杆的第二端与动平台的支架通过R副连接；第三分支中，第一连杆的第一端与基座的支架通过C副连接，第二端与第二连杆的第一端通过P副连接，第二连杆的第二端通过U副与动平台的支架连接。本发明专利技术实现了机构的完全解耦，机构具有对称性且分支运动副少便于提高控制的精确性，机构结构紧凑、稳定性好。

Symmetrical two-turn-one-shift fully decoupled parallel mechanism

The invention discloses a symmetrical two-turn-one-shift fully decoupled parallel mechanism, which comprises a base, a moving platform and three branches. The first branch and the second branch are PRR branches, consisting of connecting rods, P pairs and R pairs, and the third branch is CPU branches. The three branches are composed of connecting rods, C pairs, P pairs and U pairs, and the three branches are completely solved by moving pairs. In the first branch and the second branch, the first end of the first connecting rod is connected with the slide rail of the base through P pair, the second end is connected with the first end of the second connecting rod through R pair, and the second end of the second connecting rod is connected with the bracket of the moving platform through R pair; in the third branch, the first end of the first connecting rod is connected with the bracket of the base through C pair. The second end is connected with the first end of the second connecting rod through the P pair, and the second end of the second connecting rod is connected with the support of the movable platform through the U pair. The invention realizes complete decoupling of the mechanism, has symmetry of the mechanism and few branching motion pairs, which is convenient for improving the accuracy of control, compact structure and good stability of the mechanism.

【技术实现步骤摘要】
对称两转一移完全解耦并联机构
本专利技术属于并联机构领域，特别涉及一种对称两转一移完全解耦并联机构。
技术介绍
并联机构具有高速、高刚度、承载能力大、动态响应好等特点,以并联机构作为主机构的并/混联构型装备已获得广泛应用。近10年来,并联机构的应用逐渐拓展至很多不需要空间六个自由度的操作(如对准、姿态定位、轴对称的机加工),此时使用合适的少自由度并联机构可以降低加工制造、标定、控制和维护等方面成本,少自由度并联机构已成为国际并联机构学术界和工业界关注的热点，前沿发达国家尤其注重少自由度并联机构在航空、航天、汽车食品医药等行业中的自主创新、系统设计和工程应用。解耦并联机构可以实现运动解耦，并且机构解耦程度越高其运动学、动力学分析越简单易解，可极大简化机器人的控制与轨迹规划问题。经过对现有技术的检索发现，公开号为CN201510876263.3的中国专利公开了一种具有两转一移三自由度的对称解耦并联机构，该机构包括由平台、底座以及四个分别连接平台和底座的带有电机和丝杆机构的支撑柱，其中：四个支撑柱的末端与底座固定连接，支撑柱的丝杆机构与平台通过球铰链机构相连；球铰链机构与平台的固定点位置相互呈中心对称。该专利技术采用四个电机驱动，机构结构简单，能够保证加工精度，但是对控制的要求比较高，否则容易产生过约束而影响最终的运动输出，工作空间狭小。公开号为CN201520767012.7的中国专利公开了一种具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构，该机构该具有两转动一移动三自由度运动解耦并联机构包括动平台、静平台和连接在动、静平台之间的两条分支运动链，两条分支运动链中的一条为单开链，另一条为混合链，其中混合链由闭环结构串联一个转动副构成，闭环结构是由第一、第二子分支构成，单开链的第一圆柱副轴线平行于混合链的第六转动副轴线，并且二者均与混合链的第四移动副的中心线垂直，主动关节的输入运动与动平台的输出运动之间呈一对一的控制关系，具有优良的运动学解耦性。但是其中一条分支所具运动副数过多不便于控制，很难到达预期的效果。
技术实现思路
为克服现有机构的弊端，解决解耦机构分支运动副多不便于控制的问题，提出结构功能各异的新型机构是机构学发展的基本要求。本专利技术的目的在于提供一种结构简单对称、易于控制、能够实现两个转动和一个移动，共三个自由度且完全解耦的2R1T对称解耦并联机器人机构。本专利技术公开一种对称两转一移完全解耦并联机构，包括基座、动平台、以及连接所述基座和所述动平台的第一分支、第二分支和第三分支。所述基座包括两个平行的滑轨和一个支架，所述动平台具有正三角形状，所述动平台的三个顶点处分别设有第一支架、第二支架和第三支架，所述第一分支和所述第二分支均为PRR分支，包括连杆、移动副P副和转动副R副；所述第三分支为CPU分支，包括连杆、圆柱副C副、移动副P副和虎克铰U副，所述第一分支、第二分支和第三分支通过运动副间实现完全解耦。所述第一分支和所述第二分支结构相同，两个分支都包括第一连杆和第二连杆，所述第一分支的第一连杆的第一端与所述基座的第一滑轨连接形成P1副，所述第二分支的第一连杆的第一端与所述基座的第二滑轨连接形成P2副，所述第一分支中的P1副的移动方向与所述第二分支中的P2副的移动方向相同，均沿着所述基座上定坐标系中的Y轴方向，所述第一分支的第一连杆的第二端与所述第一分支的第二连杆的第一端连接形成R1副，所述R1副轴线方向与所述基座上定坐标系中的Z轴方向相同并经过动平台o1点，所述第二分支的第一连杆的第二端与所述第二分支的第二连杆的第一端连接形成R2副，所述第二分支中的R2副与所述第一分支中的R1副共线，所述第一分支的第二连杆的第二端与所述动平台的第一支架连接形成R3副，所述第二分支的第二连杆的第二端与所述动平台的第二支架连接形成R4副，所述第二分支中的R4副的轴线与所述第一分支中的R3副的轴线始终共线，并始终经过动平台上的o1点。所述第三分支包括第三连杆和第四连杆，所述第三连杆的第一端与所述基座的支架通过C副连接，所述圆柱副的轴线始终垂直于所述基座平面，所述第三连杆的第二端与所述第四连杆的第一端通过P3副连接，所述P3副的方向始终平行于所述基座平面，所述第四连杆的第二端通过U副与所述动平台的第三支架连接，所述第三分支中的U副由两个转动副组成具有两个方向互相垂直的转动轴线，所述U副的第一个转动轴线始终垂直于所述基座的平面，所述U副的第二个转动轴线平行于所述基座平台，且始终与所述第一分支中的R3副轴线和所述第二分支中的R4副轴线平行。优选地，所述第一分支和所述第二分支对称分布于所述动平台两侧，所述第一分支的第一连杆和所述第二分支的第一连杆为一个整体，所述整体的宽度和所述基座上两个滑轨之间的距离相等，所述第一分支的第二连杆和所述第二分支的第二连杆为L形，所述动平台的边长大于所述基座上两个滑轨之间的距离。优选地，所述第一分支的移动副1处设有驱动电机，其运动量表示该并联机构第一移动自由度的输出参数；所述第二分支的转动副2处设有驱动电机，其运动量表示该并联机构第一转动自由度的输出参数；所述第三分支的圆柱副C副中所包含的P副处设有驱动电机，其运动量表示该并联机构第二转动自由度的输出参数。优选地，通过分别设在所述三个分支上的三个驱动电机，所述并联机构的动平台可以实现以动平台o1点为中心绕动平台上坐标系中x轴和z轴的转动以及沿定平台上定坐标系中Y轴方向的移动。与现有两转一移的并联机构相比，本专利技术具有以下有益效果：在保留了并联机构强度高、结构紧凑、稳定性好等优点的基础上，实现了空间x和z轴方向两转动和沿Y轴的平行于基座的一移动三自由度运动学完全解耦，每一个输入量都对应唯一确定的运动；机构具有对称性，有两个分支结构一样可节约制作成本和时间，且分支所包含运动副数目少，运动副简单，便于提高控制的精确性，减少控制的复杂性，对安装精度要求相比于其他并联机构也较低，机构安装方便，活动空间大，克服了传统对称并联机构控制复杂，强耦合性等缺点。附图说明图1为本专利技术对称两转一移完全解耦并联机构整体的结构示意图；以及图2为本专利技术对称两转一移完全解耦并联机构的第三分支的结构示意图。主要附图标记：第一分支1，第一连杆11，第二连杆12，第二分支2，第一连杆21，第二连杆22，第三分支3，第一连杆31，第二连杆32，基座4，第一滑轨41，第二滑轨42，支架43，动平台5，第一支架51，第二支架52，第三支架53，第一移动副P1，第二移动副P2，第三移动副P3，圆柱副C，第一转动副R1，第二转动副R2，第三转动副R3，第四转动副R4，虎克铰副U。具体实施方式为详尽本专利技术之
技术实现思路
、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。如图1所示，基座4固定于空间直角坐标系O0-X0Y0Z0中，其中基座4上的定坐标系O-XYZ中，XY平面垂直于Z0轴，基座4的X和Y轴分别和空间直角坐标系中的X0轴和Y0轴方向平行；动平台5上的动坐标系o1-xyz中，o1点位于R3副和R4副轴线的连线上，z轴垂直于动平台5，y轴垂直于R3副和R4副轴线的连线，x轴平行于R3副和R4副轴线的连线。本专利技术对称两转一移完全解耦并联机构，如图1所示，包括第一分支1、第二分支2、第三分支3、基座本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对称两转一移完全解耦并联机构，包括基座、动平台、以及连接所述基座和所述动平台的第一分支、第二分支和第三分支，其特征在于，所述基座包括两个平行的滑轨和一个支架，所述动平台具有正三角形状，所述动平台的三个顶点处分别设有第一支架、第二支架和第三支架，所述第一分支和所述第二分支均为PRR分支，包括连杆、移动副P副和转动副R副；所述第三分支为CPU分支，包括连杆、圆柱副C副、移动副P副和虎克铰U副，所述第一分支、第二分支和第三分支通过运动副间实现完全解耦；所述第一分支和所述第二分支分别包括第一连杆和第二连杆，所述第一分支的第一连杆的第一端与所述基座的第一滑轨连接形成P1副，所述第二分支的第一连杆的第一端与所述基座的第二滑轨连接形成P2副，所述第一分支中的P1副的移动方向与所述第二分支中的P2副的移动方向相同，均沿着所述基座上定坐标系中的Y轴方向，所述第一分支的第一连杆的第二端与所述第一分支的第二连杆的第一端连接形成R1副，所述R1副轴线方向与所述基座上定坐标系中的Z轴方向相同并经过动平台o1点，所述第二分支的第一连杆的第二端与所述第二分支的第二连杆的第一端连接形成R2副，所述第二分支中的R2副与所述第一分支中的R1副共线，所述第一分支的第二连杆的第二端与所述动平台的第一支架连接形成R3副，所述第二分支的第二连杆的第二端与所述动平台的第二支架连接形成R4副，所述第二分支中的R4副的轴线与所述第一分支中的R3副的轴线始终共线，并始终经过动平台上的o1点；以及所述第三分支包括第三连杆和第四连杆，所述第三连杆的第一端与所述基座的支架通过C副连接，所述圆柱副的轴线始终垂直于所述基座平面，所述第三连杆的第二端与所述第四连杆的第一端通过P3副连接，所述P3副的方向始终平行于所述基座平面，所述第四连杆的第二端通过U副与所述动平台的第三支架连接，所述第三分支中的U副由两个转动副组成具有两个方向互相垂直的转动轴线，所述U副的第一个转动轴线始终垂直于所述基座的平面，所述U副的第二个转动轴线平行于所述基座平台，且始终与所述第一分支中的R3副轴线和所述第二分支中的R4副轴线平行。...

【技术特征摘要】
1.一种对称两转一移完全解耦并联机构，包括基座、动平台、以及连接所述基座和所述动平台的第一分支、第二分支和第三分支，其特征在于，所述基座包括两个平行的滑轨和一个支架，所述动平台具有正三角形状，所述动平台的三个顶点处分别设有第一支架、第二支架和第三支架，所述第一分支和所述第二分支均为PRR分支，包括连杆、移动副P副和转动副R副；所述第三分支为CPU分支，包括连杆、圆柱副C副、移动副P副和虎克铰U副，所述第一分支、第二分支和第三分支通过运动副间实现完全解耦；所述第一分支和所述第二分支分别包括第一连杆和第二连杆，所述第一分支的第一连杆的第一端与所述基座的第一滑轨连接形成P1副，所述第二分支的第一连杆的第一端与所述基座的第二滑轨连接形成P2副，所述第一分支中的P1副的移动方向与所述第二分支中的P2副的移动方向相同，均沿着所述基座上定坐标系中的Y轴方向，所述第一分支的第一连杆的第二端与所述第一分支的第二连杆的第一端连接形成R1副，所述R1副轴线方向与所述基座上定坐标系中的Z轴方向相同并经过动平台o1点，所述第二分支的第一连杆的第二端与所述第二分支的第二连杆的第一端连接形成R2副，所述第二分支中的R2副与所述第一分支中的R1副共线，所述第一分支的第二连杆的第二端与所述动平台的第一支架连接形成R3副，所述第二分支的第二连杆的第二端与所述动平台的第二支架连接形成R4副，所述第二分支中的R4副的轴线与所述第一分支中的R3副的轴线始终共线，并始终经过动平台上的o1点；以及所述第三分支包括第三连杆和第四连杆，所述第三连杆的第一端与所述基座的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾达幸，吴华芳，周建华，荣令魁，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13