[實用新型]解耦式三轉動并聯機構

有效

• 申請號: 201120158705.8
• 申請日: 2011-05-18
• 公開（公告）號: CN202144017U
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 張帆;楊建國
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B23Q1/25
• 分類號: B23Q1/25;B25J9/08
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

技術領域

本實用新型涉及機床和工業機器人，尤其涉及一種用于并聯結構虛軸數控機床和并聯機器人的解耦式三轉動并聯機構。

背景技術

并聯機構廣泛應用于重載模擬設備、機器人、數控機床、傳感器及微操作領域。然而，并聯機構各驅動單元之間是耦合的，即并聯機構整體輸出平臺(動平臺)沿任一方向的運動都是所有驅動單元的運動合成，并且各驅動單元的運動與并聯機構整體運動(即輸入與輸出)之間是非線性的。這一特性導致并聯機構控制復雜，標定困難，且制約了精度的提高。因此，如何實現并聯機構解耦，以簡化控制和標定，提高運動精度，一直是一個困難而富有挑戰性的課題。

運動解耦并聯機器人是指輸出運動的任一自由度都僅依賴單個驅動單元，其他驅動單元的動作不對此自由度產生影響。具有完全解耦的并聯機構運動關系簡單、標定簡便、控制精度高、剛度大，在虛軸機床和機器人領域應用前景廣闊。

中國專利文獻CN101036986A報道了由動平臺、基座及連接它們的四條閉環運動支鏈組成的兩轉動一移動并聯機構，每條閉環支鏈含有一組對稱結構的六桿球形機構，動平臺和基座與每條支鏈用轉動副連接。文獻[Xianwen?Kong，ClementM.Gosselin?Type?synthesis?of?input-output?decoupled?parallel?manipulators，Transactions?of?the?CSME，Vol.28，Special?Edition，2004]中報道了具有兩移動一轉動自由度的并聯機構，由動平臺、基座和串并聯混搭的運動支鏈組成。文獻[李惠良，金瓊，楊廷力，一類一平移兩轉動解耦并聯機構及其位移分析，機械制造與研究，Feb?2002，(1)：9-12，14]提出一種具有三角化解耦特性的兩轉動一移動并聯機構，但輸出自由度不完全由單個驅動器控制，仍屬于部分解耦并聯機構。

實用新型內容

本實用新型的目的，就是為了提供一種解耦式三轉動并聯機構，以克服現有技術中結構復雜、控制不便、運動精度低的缺陷。

為了達到上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：一種解耦式三轉動并聯機構，包括基座、動平臺以及連接在基座與動平臺之間的第一運動支鏈、第二運動支鏈和第三運動支鏈；其特點是：

所述第一運動支鏈包括順序相連的第一萬向鉸鏈、伸縮架、第一轉動副、第一連接桿和第二轉動副，第一轉動副的軸線與第一萬向鉸鏈的第二轉動軸平行，第一連接桿的軸線垂直于第一轉動副的軸線，第二轉動副的軸線垂直于第一轉動副的軸線并與第一連接桿的軸線重合，第一萬向節鉸鏈還與基座相連；

所述第二運動支鏈包括順序相連的第三轉動副、第四轉動副和第二連接桿；第三轉動副的軸線垂直于第四轉動副的軸線，第三轉動副還與基座相連，第二連接桿還與第一連接桿相連；

所述第三運動支鏈包括順序相連的第五轉動副、第二萬向鉸鏈、移動副、第六轉動副和第三連接桿，第六轉動副的軸線垂直于移動副的軸線并垂直于第五轉動副的軸線，第三連接桿的軸線垂直于第六轉動副的軸線，第三連接桿還與動平臺相連并越過動平臺與第二轉動副垂直相連，第五轉動副還與基座相連。

所述伸縮架包括平行設置的第七轉動副、第八轉動副、第九轉動副、第十轉動副和第十一轉動副；第九轉動副設置在中間，第七轉動副、第八轉動副、第十轉動副和第十一轉動副分別設置在第九轉動副的四方并分別通過桿件與第九轉動副相連；所述第一萬向鉸鏈的第二轉動軸為轉動副結構；第七轉動副和第八轉動副還分別通過桿件與第一萬向鉸鏈的第二轉動軸垂直相連，第十轉動副和第十一轉動副還分別通過桿件與第一轉動副垂直相連。

所述第三轉動副的軸線、第五轉動副的軸線與第一萬向鉸鏈的第一轉動軸在同一條軸線上并且與第二萬向鉸鏈的第一轉動軸的軸線、第二轉動副的軸線、第四轉動副的軸線匯交于一點，該點位于第二轉動副的軸上。

所述第二連接桿由一段水平桿和一段斜桿連接構成，水平桿與第四轉動副同軸相連，斜桿與第一連接桿斜交相連。

本實用新型解耦式三轉動并聯機構由于采用了以上技術方案，使其與現有技術相比，具有以下的優點和特點：

1、具有解耦的三個轉動自由度，轉動自由度僅依賴運動支鏈的運動副的線性控制，實現原理非常簡單，具有非常好的線性關系。

2、僅含少量運動副，結構簡單、安裝方便、轉動慣量小，運動響應快。

3、運動解耦，基本單個輸出自由度僅需要控制單個驅動單元，標定容易，控制簡單，從而降低了開發成本。

附圖說明

圖1是本實用新型解耦式三轉動并聯機構的立體結構示意圖。