专利名称：一种含5r闭环子链的三维平动一维转动并联机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人领域，特别是一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构。
背景技术：
并联机构是一种动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的机构，具有精度较高、结构紧凑、刚度高、承载能力大强等优点，在运动模拟器、并联机床、微操作机器人、抓取机器人等方面取得了较好的应用。但现有的并联机构基本都是分支不含闭环的，对于自由度数大于支链数的并联机构，有些支链必须设置两个或两个以上的原动件，这就不得不将电机安装在支链的关节处，从而导致机构刚性差、惯量大、关节误差累积等问题，机构动力学性能较差，控制困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构，解决传统自由度数大于支链数的并联机构刚性差、惯量大、关节误差累积等问题。本发明通过以下技术方案达到上述目的一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构，包括第一五杆机构闭环子链、第二五杆机构闭环子链和执行机构子链。所述第一五杆机构闭环子链由第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆及机架连接而成。第一主动杆一端通过第一转动副连接到机架上，第一主动杆另一端通过第二转动副与第一连杆连接，第一连杆另一端通过第三转动副与第二连杆连接，第二连杆另一端通过第四转动副与第二主动杆连接，第二主动杆另一端通过第五转动副与机架连接，第一主动杆和第二主动杆运动带动第一连杆和第二连杆运动可控制第一转台在第一五杆机构闭环子链所在平面内的运动。所述第二五杆机构闭环子链由第三主动杆、第四主动杆、第三连杆、第四连杆及机架连接而成。第三主动杆一端通过第六转动副连接到机架上，第三主动杆另一端通过第七转动副与第三连杆连接，第三连杆另一端通过第八转动副与第四连杆连接，第四连杆另一端通过第九转动副与第四主动杆连接，第四主动杆另一端通过第十转动副与机架连接，第三主动杆和第四主动杆运动带动第三连杆和第四连杆运动可控制第二转台在第二五杆机构闭环子链所在平面内的运动。所述执行机构子链由第一转台、第二转台、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆及动平台连接而成。第一转台通过第三转动副与第一连杆连接，第一转台通过第十一转动副与第五连杆连接，第一转台通过第十二转动副与第六连杆连接，第五连杆另一端通过第十三转动副与动平台和第七连杆连接，第六连杆另一端通过第十四转动副与动平台连接，动平台通过第十五转动副与第八连杆连接，第七连杆另一端通过第十六转动副与第二转台连接，第八连杆另一端通过第十七转动副与第二转台连接，第二转台通过第八转动副与第三连杆连接，第一转台和第二转台在各自的运动空间的运动可实现动平台在空间运动空间的三维平动和一维转动。所述第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副，第六转动副、第七转动副、第八转动副、第九转动副和第十转动副的旋转轴线相互平行，第十一转动副、第十二转动副、第十三转动副、第十四转动副、第十五转动副、第十六转动副和第十七转动副的旋转轴线相互平行，第十一转动副的轴线到第十二转动副轴线的距离与第十三转动副的轴线到第十四转动副的轴线的距离相等，第十一转动副的轴线到第十三转动副轴线的距离与第十二转动副的轴线到第十四转动副的轴线的距离相等，第十三转动副的轴线到第十五转动副轴线的距离与第十六转动副的轴线到第十七转动副的轴线的距离相等，第十三转动副的轴线到第十六转动副轴线的距离与第十五转动副的轴线到第十七转动副的轴线的距离相等。本发明的突出优点在于1、驱动电机均安装在机架上，杆件都可以做成轻杆，有效降低机构重量，机构刚性好、惯量小，动力学性能好；2、通过两个对称结构的闭环子链控制动平台运动输出，机构运动学正、逆问题求解容易，控制方便；3、通过在动平台上安装各种不同用途的末端执行器，本机构可应用到抓取、搬运、 码垛、装配等领域。
图1为本发明所述一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构的第一结构示意图。图2为本发明所述一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构的第二结构示意图。图3为本发明所述一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构的第一工作示意图。图4为本发明所述一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构的第二工作示意图。图5为本发明所述一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构的第三工作示意图。图6为本发明所述一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构的第四工作示意图。图7为本发明所述一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构的第五工作示意图。图8为本发明所述一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构的第六工作示意图。图9为本发明所述一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构的第七工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。对照图1和图2，一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构，包括第一五杆机构闭环子链、第二五杆机构闭环子链和执行机构子链。所述第一五杆机构闭环子链由第一主动杆7、第二主动杆2、第一连杆9、第二连杆 4及机架1连接而成。第一主动杆7 —端通过第一转动副6连接到机架1上，第一主动杆7 另一端通过第二转动副8与第一连杆9连接，第一连杆9另一端通过第三转动副33与第二连杆4连接，第二连杆4另一端通过第四转动副3与第二主动杆2连接，第二主动杆2另一端通过第五转动副5与机架1连接，第一主动杆7和第二主动杆2运动带动第一连杆9和第二连杆4运动可控制第一转台10在第一五杆机构闭环子链所在平面内的运动。所述第二五杆机构闭环子链由第三主动杆30、第四主动杆沈、第三连杆观、第四连杆M及机架1连接而成。第三主动杆30 —端通过第六转动副31连接到机架1上，第三主动杆30另一端通过第七转动副四与第三连杆观连接，第三连杆观另一端通过第八转动副32与第四连杆M连接，第四连杆M另一端通过第九转动副25与第四主动杆沈连接，第四主动杆沈另一端通过第十转动副27与机架1连接，第三主动杆30和第四主动杆 26运动带动第三连杆观和第四连杆M运动可控制第二转台21在第二五杆机构闭环子链所在平面内的运动。所述执行机构子链由第一转台10、第二转台21、第五连杆19、第六连杆20、第七连杆14、第八连杆13及动平台17连接而成。第一转台10通过第三转动副33与第一连杆9 连接，第一转台10通过第十一转动副23与第五连杆19连接，第一转台10通过第十二转动副22与第六连杆20连接，第五连杆19另一端通过第十三转动副15与动平台17和第七连杆14连接，第六连杆20另一端通过第十四转动副18与动平台17连接，动平台17通过第十五转动副16与第八连杆13连接，第七连杆14另一端通过第十六转动副12与第二转台 21连接，第八连杆13另一端通过第十七转动副11与第二转台21连接，第二转台21通过第八转动副32与第三连杆观连接，第一转台10和第二转台21在各自的运动空间的运动可实现动平台17在空间运动空间的三维平动和一维转动。所述第一转动副6、第二转动副8、第三转动副33、第四转动副3、第五转动副5，第六转动副31、第七转动副四、第八转动副32、第九转动副25和第十转动副27的旋转轴线相互平行，第十一转动副23、第十二转动副22、第十三转动副15、第十四转动副18、第十五转动副16、第十六转动副12和第十七转动副11的旋转轴线相互平行，第十一转动副23的轴线到第十二转动副22轴线的距离与第十三转动副15的轴线到第十四转动副18的轴线的距离相等，第十一转动副23的轴线到第十三转动副15轴线的距离与第十二转动副22的轴线到第十四转动副18的轴线的距离相等，第十三转动副15的轴线到第十五转动副16轴线的距离与第十六转动副12的轴线到第十七转动副11的轴线的距离相等，第十三转动副15 的轴线到第十六转动副12轴线的距离与第十五转动副16的轴线到第十七转动副11的轴线的距离相等。对照图3和图4，第一转台10和第二转台21在运动空间内运动可实现动平台17 在第十三转动副15轴线方向上的平移。对照图5，第一转台10和第二转台21在运动空间内运动可实现动平台17绕垂直于第十三转动副15的轴线和第十五转动副16的轴线构成的平面且相交于第十三转动副15的轴线的轴线的一维转动。对照图6和图7，第一转台10和第二转台21在运动空间内运动可实现动平台17 在第十三转动副15的轴线和第十五转动副16的轴线构成的平面上沿垂直于第十三转动副 15的轴线方向的平移。对照图3和图4，第一转台10和第二转台21在运动空间内运动可实现动平台17 在第一转动副15轴线方向上的平移。
权利要求
1. 一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构，包括第一五杆机构闭环子链、第二五杆机构闭环子链和执行机构子链，其结构和连接方式为所述第一五杆机构闭环子链由第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆及机架连接而成，第一主动杆一端通过第一转动副连接到机架上，第一主动杆另一端通过第二转动副与第一连杆连接，第一连杆另一端通过第三转动副与第二连杆连接，第二连杆另一端通过第四转动副与第二主动杆连接，第二主动杆另一端通过第五转动副与机架连接，所述第二五杆机构闭环子链由第三主动杆、第四主动杆、第三连杆、第四连杆及机架连接而成，第三主动杆一端通过第六转动副连接到机架上，第三主动杆另一端通过第七转动副与第三连杆连接，第三连杆另一端通过第八转动副与第四连杆连接，第四连杆另一端通过第九转动副与第四主动杆连接，第四主动杆另一端通过第十转动副与机架连接，所述执行机构子链由第一转台、第二转台、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆及动平台连接而成，第一转台通过第三转动副与第一连杆连接，第一转台通过第十一转动副与第五连杆连接，第一转台通过第十二转动副与第六连杆连接，第五连杆另一端通过第十三转动副与动平台和第七连杆连接，第六连杆另一端通过第十四转动副与动平台连接， 动平台通过第十五转动副与第八连杆连接，第七连杆另一端通过第十六转动副与第二转台连接，第八连杆另一端通过第十七转动副与第二转台连接，第二转台通过第八转动副与第三连杆连接，所述第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副，第六转动副、第七转动副、第八转动副、第九转动副和第十转动副的旋转轴线相互平行，第十一转动副、第十二转动副、第十三转动副、第十四转动副、第十五转动副、第十六转动副和第十七转动副的旋转轴线相互平行，第十一转动副的轴线到第十二转动副轴线的距离与第十三转动副的轴线到第十四转动副的轴线的距离相等，第十一转动副的轴线到第十三转动副轴线的距离与第十二转动副的轴线到第十四转动副的轴线的距离相等，第十三转动副的轴线到第十五转动副轴线的距离与第十六转动副的轴线到第十七转动副的轴线的距离相等，第十三转动副的轴线到第十六转动副轴线的距离与第十五转动副的轴线到第十七转动副的轴线的距离相等。
全文摘要
一种含5R闭环子链的三维平动一维转动并联机构，包括第一五杆机构闭环子链、第二五杆机构闭环子链以及执行机构子链。所述第一五杆机构闭环子链和第二五杆机构闭环子链在同一平面内，第一五杆机构闭环子链可控制第一转台在所在平面内运动，第二五杆机构闭环子链可控制第二转台在所在平面内运动，第一转台和第二转台的运动可实现动平台的空间三维平动和一维转动。本发明通过两个对称结构的闭环子链控制动平台三维平动和一维转动的空间四自由度运动输出，机构运动学正、逆问题求解容易，控制方便，且驱动电机均安装在机架上，杆件都可以做成轻杆，有效降低机构重量，机构刚性好、惯量小，动力学性能好。
文档编号B25J9/08GK102357881SQ20111028345
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者潘宇晨, 王红州, 蔡敢为 申请人:广西大学