两转一移并联机构、其末端位姿确定方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种两转一移并联机构、其末端位姿确定方法及应用。所述两转一移并联机构包括动平台、基座和三个支链，基座包括静平台、冗余静平台及连接静平台和冗余静平台的多个连接件，冗余静平台位于动平台和静平台之间，且冗余静平台上设有三个通孔，三个支链连接于动平台和静平台之间，每个支链包括驱动移动副、第一被动移动副、第二被动移动副和球面副，每个驱动移动副的一端通过第一被动移动副与静平台可移动地连接，相对端穿过冗余静平台的一通孔后通过对应的球面副与动平台可转动地连接，且驱动移动副还通过第二被动移动副与冗余静平台可移动地连接。本发明专利技术能够降低动平台与静平台之间的间距，提高系统刚度。

【技术实现步骤摘要】
两转一移并联机构、其末端位姿确定方法及应用
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种两转一移三自由度并联机构及其末端位姿的确定方法。
技术介绍
并联机器人和串联机器人一起构成工业机器人的重要部分，并联机器人具有刚度高、速度快、柔性强、重量轻等优点，在食品、医药、电子等轻工业中应用最为广泛，在物料的搬运、包装、分拣等方面有着无可比拟的优势。随着并联机器人在市场中的应用日益广泛，已成为工业机器人需求增长的新生力量。并联机器人与串联机器人不同，并联机器人是由动平台、静平台以及连接动平台和静平台的两个或两个以上独立运动支链组成的闭环系统，与传统串联机器人相比，并联机器人没有误差累积，运动精度高，驱动可以布置在静平台附近，运动惯量小，动态性好等优点。目前，自由度少于6的并联机器人是国内外研究及应用的热点，具有两个转动和一个移动自由度的三自由度并联机器人又是少自由度并联机器人中的重要分类。3PPS并联机器人是两转一移并联机器人中的典型，可应用在运动模拟器、末端执行器、矢量推进器、医疗器械等领域。但是，在实际制造3PPS并联机器人的过程中，由于驱动移动副所采用的电动推杆、液压缸等直线驱动的本体较长，造成动平台与静平台间距大，动平台在负载的作用下，相对于静平台容易产生变形，系统整体刚度较差。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种两转一移并联机构，降低动平台与静平台之间的间距的同时提高系统刚度，同时，还提供一种两转一移并联机构的末端位姿确定方法。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：一种两转一移并联机构，所述两转一移并联机构包括：动平台；基座，所述基座包括静平台、冗余静平台及连接所述静平台和冗余静平台的多个连接件，所述冗余静平台位于所述动平台和静平台之间，且所述冗余静平台上设有三个通孔；三个支链，连接于所述动平台和静平台之间，每个所述支链包括驱动移动副、第一被动移动副、第二被动移动副和球面副，每个驱动移动副的一端通过第一被动移动副与静平台可移动地连接，相对端穿过冗余静平台的一通孔后通过对应的球面副与动平台可转动地连接，且所述驱动移动副还通过第二被动移动副与冗余静平台可移动地连接。优选地，所述第一被动移动副包括至少一个用于使驱动移动副导向移动的第一滑轨组件，所述第一滑轨组件包括第一滑块及供第一滑块导向移动的第一导轨，所述第一滑块滑动设于所述第一导轨上，所述第一滑块和第一导轨中的任意一个固定于静平台上，另一个与驱动移动副相连。优选地，所述第二被动移动副包括至少一个用于使驱动移动副导向移动的第二滑轨组件，所述第二滑轨组件包括第二滑块及供第二滑块导向移动的第二导轨，所述第二滑块滑动设于所述第二导轨上，所述第二滑块和第二导轨中的任意一个固定于冗余静平台上，另一个与驱动移动副相连。优选地，所述第二滑轨组件设于所述冗余静平台上，且位于所述冗余静平台和动平台之间；或者，所述第二滑轨组件设于所述冗余静平台上，且位于所述冗余静平台和静平台之间。优选地，所述第二被动移动副包括两个第二滑轨组件，所述通孔的两侧设置一所述第二滑轨组件，且两个所述第二滑轨组件对称设置。优选地，三个所述支链的一端在动平台的表面排布成正三角形，相对端在静平台上排布成正三角形。优选地，所述动平台包括平台本体部和三个凸耳部，所述平台本体部的周侧面向外凸起延伸形成三个所述凸耳部，相邻两个所述凸耳部的中心线夹角为120度。优选地，所述静平台包括第一本体部和三个第一延伸部，第一本体部的周侧面向外凸起延伸形成三个第一延伸部，相邻两个第一延伸部的中心线夹角为120度。优选地，所述冗余静平台包括第二本体部和三个第二延伸部，第二本体部的周侧面向外凸起延伸形成三个第二延伸部，相邻两个第二延伸部的中心线夹角为120度。本专利技术还揭示了一种两转一移并联机构的末端位姿确定方法，包括如下步骤：获取每个支链的伸长量，并根据如下公式计算两转一移并联机构的末端位姿：其中，、、分别为局部坐标系绕全局坐标系x、y、z轴旋转的角度，为三个球面副的几何中心、、构成的正三角的外接圆的半径，为正三角形的外接圆的圆心的坐标值。本专利技术还揭示了一种少自由度并联机器人，其包括所述的两转一移并联机构。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果至少在于：（1）本专利技术通过在静平台的基础上增加了与静平台相配合的冗余静平台，形成双层结构，以对支链中的驱动移动副进行双层冗余约束，能够有效降低动平台和静平之间的距离，显著提升系统刚度。（2）本专利技术采用双层结构设计的基座，适用范围广，也即本专利技术所采用的设计方式扩大了3PPS并联机构的基座范围，使得并联机构与其它设备的接口安装更加灵活，不仅可以垂直安装，还可以利用任意一个侧面水平安装。（3）本专利技术还具有结构对称且紧凑、可靠性高、动态性能好、控制简单且精度高的优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一中两转一移并联机构的立体示意图；图2是本专利技术实施例二中两转一移并联机构的立体示意图；图3是本专利技术一典型实施例中两转一移并联机构的原理图。附图标记：10、动平台，10a、平台本体部，10b、凸耳部，20、基座，21、静平台，21a、第一本体部，21b、第一延伸部，22、冗余静平台，22a、第二本体部，22b、第二延伸部，221、通孔，23、连接件，30、支链，31、驱动移动副，31a、直线驱动伸缩杆，31b、直线驱动本体，31c、直线驱动底座，32、第一被动移动副，32a、第一滑块，32b、第一导轨，33、第二被动移动副，33a、第二滑块，33b、第二导轨，34、球面副，40、法兰。具体实施方式通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本专利技术。本文中揭示本专利技术的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本专利技术的示范性，本专利技术可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本专利技术的代表性基础。本专利技术以下实施例所揭示的一种两转一移并联机构，通过对支链中的驱动移动副进行双层冗余约束，即在静平台的基础上增加了与静平台相配合的冗余静平台，形成双层结构，能够有效降低动平台和静平台之间的距离，显著提升系统刚度。以下以两个实施例对本专利技术所述的两转一移并联机构进行详细地说明：实施例一：如图1所示，为本实施例所揭示的一种两转一移并联机构，该两转一移并联机构为3PPS并联机构（P为移动副，P为驱动移动副，S为球面副），包括动平台10、基座20和三个支链30，三个支链3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两转一移并联机构，其特征在于，所述两转一移并联机构包括：/n动平台；/n基座，所述基座包括静平台、冗余静平台及连接所述静平台和冗余静平台的多个连接件，所述冗余静平台位于所述动平台和静平台之间，且所述冗余静平台上设有三个通孔；/n三个支链，连接于所述动平台和静平台之间，每个所述支链包括驱动移动副、第一被动移动副、第二被动移动副和球面副，每个驱动移动副的一端通过第一被动移动副与静平台可移动地连接，相对端穿过冗余静平台的一通孔后通过对应的球面副与动平台可转动地连接，且所述驱动移动副还通过第二被动移动副与冗余静平台可移动地连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种两转一移并联机构，其特征在于，所述两转一移并联机构包括：
动平台；
基座，所述基座包括静平台、冗余静平台及连接所述静平台和冗余静平台的多个连接件，所述冗余静平台位于所述动平台和静平台之间，且所述冗余静平台上设有三个通孔；
三个支链，连接于所述动平台和静平台之间，每个所述支链包括驱动移动副、第一被动移动副、第二被动移动副和球面副，每个驱动移动副的一端通过第一被动移动副与静平台可移动地连接，相对端穿过冗余静平台的一通孔后通过对应的球面副与动平台可转动地连接，且所述驱动移动副还通过第二被动移动副与冗余静平台可移动地连接。


2.根据权利要求1所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述第一被动移动副包括至少一个用于使驱动移动副导向移动的第一滑轨组件，所述第一滑轨组件包括第一滑块及供第一滑块导向移动的第一导轨，所述第一滑块滑动设于所述第一导轨上，所述第一滑块和第一导轨中的任意一个固定于静平台上，另一个与驱动移动副相连。


3.根据权利要求1或2所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述第二被动移动副包括至少一个用于使驱动移动副导向移动的第二滑轨组件，所述第二滑轨组件包括第二滑块及供第二滑块导向移动的第二导轨，所述第二滑块滑动设于所述第二导轨上，所述第二滑块和第二导轨中的任意一个固定于冗余静平台上，另一个与驱动移动副相连。


4.根据权利要求3所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述第二滑轨组件设于所述冗余静平台上，且位于所述冗余静平台和动平台之间，或者
所述第二滑轨组件设于所述冗余静平台上，且位于所述冗余静平台和静平台之间。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华民，杨桂林，张驰，郑天江，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33