具有两种三移动一转动运动模式的并联机构的制作方法

本发明属于机器人技术领域，涉及一种具有两种三移动一转动运动模式的并联机构。

背景技术：

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。

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。例如某轻载工况下需要机器人末端执行器能高速高加速度的实现定位、抓取等动作，此时并联机器人可更好的发挥其自身优势。

目前，具有两种运动模式的三移动一转动(3t1r)四自由度并联机构比较少见，本发明的并联机构，其中一种三移动一转动(3t1r)的运动模式下，转动自由度的轴线是固定的，另外一种三移动一转动的运动模式下，转动自由度的轴线是变化的。这类新型并联机构在运动仿真、机器装配、分拣抓取、并联机床等领域具有一定的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有两种三移动一转动运动模式的并联机构，解决了现有四自由度的并联机构运动模式单一，不满足工业上一机多用的要求，导致使用不方便的问题。

本发明所采用的技术方案是，具有两种三移动一转动运动模式的并联机构，包括动平台和定平台，动平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与定平台连接，第一支链和第三支链相对设置在动平台底面两对角处，第二支链和第四支链相对设置在动平台底面的另外两对角处，第一支链和第三支链的结构相似，驱动副位置不同，第二支链和第四支链的结构相似，驱动副位置不同；

第一支链中包括移动副p11、第一连杆、移动副p12、第二连杆、移动副p13、第三连杆、转动副r14和转动副r15；

第二支链中包括移动副p21、第八连杆、移动副p22、第七连杆、移动副p23、第六连杆、转动副r24、第五连杆、转动副r25。

本发明的其他特点还在于，

第一支链包括与定平台连接的移动副p11，移动副p11依次连接第一连杆、移动副p12、第二连杆、移动副p13、第三连杆、转动副r14和转动副r15，转动副r14和转动副r15连接构成万向铰，转动副r15连接在动平台。

移动副p11、移动副p12和移动副的p13的移动方向两两相互垂直，转动副r14的转轴轴线与移动副p11的移动方向平行，转动副r15的转轴轴线与移动副p12的移动方向平行。

第二支链包括与定平台连接的移动副p21，移动副p21依次连接第八连杆、移动副p22、第七连杆、移动副p23、第六连杆、转动副r24、第五连杆和转动副r25，转动副r24的转轴轴线与转动副r25的转轴轴线的夹角为135°，转动副r25连接在动平台上。

移动副p21、移动副p22和移动副p23的移动方向两两相互垂直，转动副r24的转轴轴线与移动副p21的移动方向平行。

第五连杆为弧形连杆，弧度与转动副r24的转轴轴线与转动副r25的转轴轴线的夹角相同。

本发明的有益效果是，一种具有两种三移动一转动运动模式的并联机构，解决了现有四自由度的并联机构运动模式单一，不满足工业上一机多用的要求，导致使用不方便的问题发明的机构结构简单。本发明的并联机构通过设置四个支链将动平台和定平台连接起来，并且支链中使用移动副和转动副，通过两个直接连接的转动副构成万向铰，实现支链向各个方向的灵活运动；本发明的并联机构的整体易于制造，控制简单，灵活性好，尤其可以适用于汽车保险杠喷漆，在喷涂时该机构能够适应不同形状保险杠，进而提高生产效率。

附图说明

图1是本发明的一种具有两种三移动一转动运动模式的并联机构3t2r瞬时自由度位形示意图；

图2是本发明的一种具有两种三移动一转动运动模式的并联机构的转动轴线固定模式下位形示意图；

图3是本发明的一种具有两种三移动一转动运动模式的并联机构的转动轴线可变运动模式下位形示意图。

图中，1.第一连杆，2.第二连杆，3.第三连杆，4.动平台，5.第五连杆，6.第六连杆，7.第七连杆，8.第八连杆，9.定平台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的具有两种三移动一转动运动模式的并联机构，其特征在于，包括动平台4和定平台9，动平台4分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第四支链与定平台9连接，定义动平台4的四个角分别为a1、a2、a3和a4，第一支链和第三支链相对设置在动平台4底面两对角处，第二支链和第四支链相对设置在动平台4底面的其余两对角处，第一支链和第三支链的结构相似，驱动副位置不同，第二支链和第四支链的结构相似，驱动副位置不同；

第一支链中包括移动副p11、第一连杆1、移动副p12、第二连杆2、移动副p13、第三连杆3、转动副r14和转动副r15；

第二支链中包括移动副p21、第八连杆8、移动副p22、第七连杆7、移动副p23、第六连杆6、转动副r24、第五连杆5、转动副r25；

移动副p11和移动副p21的移动方向垂直，移动副p21和移动副p22的移动方向垂直，移动副p13和移动副p23的移动方向垂直。

第一支链包括与定平台9连接的移动副p11，移动副p11依次连接第一连杆1、移动副p12、第二连杆2、移动副p13、第三连杆3、转动副r14和转动副r15，转动副r14和转动副r15连接构成万向铰，转动副r15连接在动平台4的底面a1处。

移动副p11、移动副p12和移动副的p13的移动方向两两相互垂直，第一连杆1、第二连杆2和第三连杆3均呈“t”型，移动副p11为移动驱动副，连接驱动电机；转动副r14的转轴轴线与移动副p11的移动方向平行，转动副r15的转轴轴线与移动副p12的移动方向平行。

第二支链包括与定平台9连接的移动副p21，移动副p21依次连接第八连杆8、移动副p22、第七连杆7、移动副p23、第六连杆6、转动副r24、第五连杆5和转动副r25，转动副r24的转轴轴线与转动副r25的转轴轴线的夹角为135°，转动副r25连接在动平台4底面a2处。

第三支链中的移动副p13连接驱动电机。

第四支链中的移动副p23连接驱动电机。

移动副p21、移动副p22和移动副p23的移动方向两两相互垂直，第八连杆8、第七连杆7和第六连杆6均呈“t”型，移动副p21为移动驱动副，连接驱动电机，移动副p23作为辅助移动驱动副，连接驱动电机，转动副r24的转轴轴线与移动副p21的移动方向平行。

第五连杆5为弧形连杆，弧度与转动副r24的转轴轴线与转动副r25的转轴轴线的夹角相同。

本发明的一种具有两种三移动一转动运动模式的并联机构，在图1所示的机构位形下，移动副p11的移动方向沿y轴方向，移动副p12的移动方向沿x轴方向，移动副p13的移动方向沿z轴方向，转动副r14的转轴轴线沿y轴方向，转动副r15的转轴轴线沿x轴方向；移动副p21的移动方向沿x轴方向，移动副p22的移动方向沿y轴方向，移动副p23的移动方向沿z轴方向，转动副r24的转轴轴线沿y轴方向，转动副r25的转轴轴线转向r24的角度为135°。

在图1所示机构位形下，该并联机构具有3t2r运动模式，但该运动模式是瞬时的，此机构位形下，机构具有三个移动自由度，两个转动自由度的转动轴线形成xoy平面。控制第一支链中的移动副p11、第二支链中的移动副p21、第三支链中的移动副p13、第二支链中的移动副p23、第四支链中的移动副p23，第四支链的末端向z轴负向运动，第二支链的末端向z轴正向运动，使得动平台4绕x轴转动，机构运动到图2所示机构位形，机构具有3t1r运动模式，转动轴线是固定的沿x轴方向。在此位形下，第一支链中的转动副r14、第三支链中的转动副r14、第二支链中的转动副r24和第四支链中的转动副r24平行，控制第一支链中的移动副p11、第二支链中的移动副p21、第三支链中的移动副p13、第四支链中的移动副p23，可以实现该运动模式的控制。

在图1所示的机构位形下，控制第一支链中的移动副p11、第二支链中的移动副p21和移动副p23、第三支链中的移动副p13、第四支链中的移动副p23，使得动平台4绕平行于y轴的轴线发生转动，此时机构进入另外一种3t1r运动模式，该3t1r运动模式的瞬时转轴轴线是发生变化的，该转动轴线的变化，与球面4r机构的连杆的瞬时转动轴线类似，均绕转动中心进行旋转，旋转轴线不断变化。此位形下，第一支链中的转动副r14的转轴轴线与第三支链中的转动副r14的转轴轴线平行，第二支链中的转动副r24的转轴轴线与第四支链中的转动副r24的转轴轴线平行。此运动模式下，控制第一支链中的移动副p11、第二支链中的移动副p21、第三支链中的移动副p13和第四支链中的移动副p23可以实现该运动模式的控制。

本发明的并联机构通过设置四个支链将动平台和定平台连接起来，并且支链中使用移动副和转动副，通过两个直接连接的转动副构成万向铰，实现支链向各个方向的灵活运动；本发明的并联机构的整体易于制造，控制简单，灵活性好，尤其可以适用于汽车保险杠喷漆，在喷涂时该机构能够适应不同形状保险杠，进而提高生产效率，本发明的并联机构还可应用于运动模拟器、坐标测量机。