具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构[1]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号CN110355741B(45)授权公告日2020.12.01(21)申请号201910549776.1(22)申请日2019.06.24(65)同一申请的已公布的文献号申请公布号CN110355741A(43)申请公布日2019.10.22(73)专利权人西安工程大学地址710048陕西省西安市碑林区金花南路19号(72)发明人刘伟　王永辉　曹亚斌　刘宏昭　(74)专利代理机构西安弘理专利事务所61214代理人王蕊转(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)审查员姚俊峰权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构(57)摘要本发明公开的一种具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构，包括有动平台和定平台，动平台上连接有第一支链、第二支链、第三支链、第四支链，动平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与定平台连接；第一支链包括有依次连接的转动副P11、第一连杆、转动副R11、第二连杆、转动副R12、第三连杆及万向铰U11，转动副P11还与定平台连接，万向铰U11还与动平台连接；第二支链包括有依次连接的万向铰U21、第四连杆、移动副P21、第五连杆及万向铰U22，万向铰U21还与定平台连接，万向铰U22还与动平台连接。本发明的并联机构，能够快速进行运动模式的变换，满足其复杂情况下的工作需求。CN110355741BCN110355741B权　利　要　求　书1/1页1.具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构，其特征在于，包括有动平台（11）和定平台（1），所述动平台（11）上连接有第一支链、第二支链、第三支链、第四支链，所述动平台（11）分别通过第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与定平台（1）连接；所述第一支链包括有依次连接的移动副P11、第一连杆（2）、转动副R11、第二连杆（3）、转动副R12、第三连杆（4）及万向铰U11，所述移动副P11还与定平台（1）连接，所述万向铰U11还与动平台（11）连接；所述第二支链包括有依次连接的万向铰U21、第四连杆（5）、移动副P21、第五连杆（6）及万向铰U22，所述万向铰U21还与定平台（1）连接，所述万向铰U22还与动平台（11）连接；所述第三支链包括有依次连接的球铰S31、第六连杆（7）、移动副P31、第七连杆（8）及球铰S32，所述球铰S31还与定平台（1）连接，所述球铰S32还与动平台（11）连接；所述第四支链包括有依次连接的球铰S41、第八连杆（9）、移动副P41、第九连杆（10）及球铰S42，所述球铰S41还与定平台（1）连接，所述球铰S42还与动平台（11）连接；所述移动副P11上连接有驱动电机；所述移动副P21上连接有驱动电机；所述移动副P31上连接有驱动电机；所述移动副P41上连接有驱动电机。2CN110355741B说　明　书1/3页具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构技术领域[0001]本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构。背景技术[0002]并联机器人机构为空间多自由度多环闭链形式。自上世纪八十年代以来，并联机构因其具有刚度高、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点而在虚拟轴机床、微动操作台、运动模拟器以及多维力传感器等行业领域获得广泛应用。并联机构具有2、3、4、5或6个自由度，目前，对6个自由度并联机构的研究较为全面和深入，但并联机构自由度的减少将使得机构结构更为简单，制造和控制成本相对较低，故在满足预期工作要求的情况下，少自由度并联机器人有其独特的优势。[0003]具有多种运动模式的并联机构，在机构奇异位形下，具有运动分岔的特性，可以通过较少的驱动副和支链实现多种运动模式，从而适应多种不同的工作需要。并且这类机构的运动模式变换，不需要对机构进行重新组装，运动模式的变换速度快、过程简便。在运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床等领域需要有同时具有三移动一转动(3T1R)、两移动两转动(2T2R)两种运动模式的并联结构来适应多种不同的运动方式，适应多种境况下的工作，简化整体的工作流程，但是目前同时具有三移动一转动(3T1R)、两移动两转动(2T2R)两种运动模式的并联结构较少。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构，能够适用到运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床，能够快速进行运动模式的变换，满足其复杂情况下的工作需求。[0005]本发明所采用的技术方案是，具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构，包括有动平台和定平台，动平台上连接有第一支链、第二支链、第三支链、第四支链，动平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与定平台连接；[0006]第一支链包括有依次连接的转动副P11、第一连杆、转动副R11、第二连杆、转动副R12、第三连杆及万向铰U11，转动副P11还与定平台连接，万向铰U11还与动平台连接；[0007]第二支链包括有依次连接的万向铰U21、第四连杆、移动副P21、第五连杆及万向铰U22，万向铰U21还与定平台连接，万向铰U22还与动平台连接。[0008]本发明的特征还在于，[0009]移动副P11上连接有驱动电机。[0010]移动副P21上连接有驱动电机。[0011]第三支链包括有依次连接的球铰S31、第六连杆、移动副P31、第七连杆及球铰S32，球铰S31还与定平台连接，球铰S32还与动平台连接。[0012]移动副P31上连接有驱动电机。3CN110355741B说　明　书2/3页[0013]第四支链包括有依次连接的球铰S41、第八连杆、移动副P41、第九连杆及球铰S42，球铰S41还与定平台连接，球铰S42还与动平台连接。[0014]移动副P41上连接有驱动电机。[0015]本发明的有益效果是，该机构具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构，四条支链能够灵活运动，能够通过控制移动副和转动副能够使得该并联机构实现三移动一转动(3T1R)和两移动两转动(2T2R)的运动模式，从而使得本发明的并联机构适用于运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床等领域后，能够快速进行运动模式的变换，满足其复杂情况下的工作需求。附图说明[0016]图1是本发明具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构具有2T2R运动模式时的位形示意图；[0017]图2是本发明具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构具有3T2R瞬时自由度时的位形示意图；[0018]图3是本发明具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构具有3T1R运动模式时的位形示意图。[0019]图中，1.定平台，2.第一连杆，3.第二连杆，4.第三连杆，5.第四连杆，6.第五连杆，7.第六连杆，8.第七连杆，9.第八连杆，10.第九连杆，11.动平台。具体实施方式[0020]下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。[0021]本发明一种具有3T1R和2T2R两种运动模式的并联机构，如图1所示，包括有动平台11和定平台1，动平台11上连接有第一支链、第二支链、第三支链、第四支链，动平台11分别通过第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与定平台1连接；[0022]定义动平台1与第一支链连接处为B1，定义动平台1与所述第二支链连接处为B2，定义动平台1与第三支链连接处为B3，定义动平台1与第四支链连接处为B4；[0023]第一支链包括有依次连接的转动副P11、第一连杆2、转动副R11、第二连杆3、转动副R12、第三连杆4及万向铰U11，转动副P11还与定平台1连接，万向铰U11还与动平台11连接；[0024]移动副P11、转动副R11的转动轴线、转动副R12和万向铰U11连接第三连杆4的转动副轴线均垂直于水平面设置。[0025]第二支链包括有依次连接的万向铰U21、第四连杆5、移动副P21、第五连杆6及万向铰U22，万向铰U21还与定平台1连接，万向铰U22还与动平台11连接。[0026]移动副P11上连接有驱动电机。[0027]移动副P21上连接有驱动电机。[0028]第三支链包括有依次连接的球铰S31、第六连杆7、移动副P31、第七连杆8及球铰S32，球铰S31还与定平台1连接，球铰S32还与动平台11连接。[0029]移动副P31上连接有驱动电机。[0030]第四支链包括有依次连接的球铰S41、第八连杆9、移动副P41、第九连杆10及球铰S42，球铰S41还与定平台1连接，球铰S42还与动平台11连接。4CN110355741B说　明　书3/3页[0031]移动副P41上连接有驱动电机。[0032]在如图1所示的位形下，移动副P11、转动副R11、转动副R12和与第三连杆4连接的万向铰U11中的转动副，轴线均与水平面垂直；万向铰U21与万向铰U22中，分别连接第四连杆5与第五连杆6的转动副轴线与水平面垂直；万向铰U21与万向铰U22中，不与第四连杆5与第五连杆6连接的转动副轴线相交，并且万向铰U22与动平台11连接的转动副轴线与第一支链中连接动平台11的万向铰U11中的转动副轴线平行。[0033]第三支链、第四支链中的移动副P31、移动副P41沿空间一般方向。[0034]如图1所示机构位形下，动平台具有2T2R运动模式，控制移动驱动副P41，移动副P31，移动副P21，移动副P11，可实现对机构的控制。[0035]将本发明的并联机构图1所示的机构位形进行变形，锁定驱动移动副P41、移动副P31、移动副P21，控制移动副P11，使得本发明的并联机构运动到图2所示的机构位形。此位形下，万向铰U22连接动平台11的转动副与万向铰U21连接定平台1的转动副平行。此时，本发明的并联机构具有3T2R瞬时自由度。[0036]控制移动副P21、移动副P31、移动副P41、转动副R11处于锁定状态，控制驱动移动副P11沿平行于Z轴的方向移动，使得本发明的并联机构处于如图3所示的结构位形下；此时，万向铰U11中连接动平台11的转动副与万向铰U22中连接动平台11的转动副平行，万向铰U22中不连接动平台11的转动副轴线不与水平面垂直。图3的机构位形下，本发明的并联机构具有3T1R的运动模式。控制移动副P11、移动副P21、移动副P31、移动副P41，可实现3T1R运动模式的控制。[0037]本发明的并联机构，定平台和动平台通过四条支链连接，通过控制移动副和转动副能够使得该并联机构实现不同的运动模式，即包括三移动一转动(3T1R)、两转动两移动(2R2T)，能够适用到运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床，能够快速进行运动模式的变换，满足其复杂情况下的工作需求。5CN110355741B说　明　书　附　图1/2页图16CN110355741B说　明　书　附　图2/2页图2图37