具有3R、2R1T和1R2T三种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3r、2r1t和1r2t三种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。目前，具有三转动(3r)、一转动两移动(1r2t)、两转动一移动(2r1t)，三种运动模式的三自由度并联机构比较少见。这类新型并联机构能够适应多种不同的运动方式，适应多种境况下的工作，适合应用于在曲面上工作的操作手，可以应用于焊接飞机机身，也可以用于飞机机翼的组装，可以做机器人的肩关节、腕关节，电子灵敏眼，卫星天线的空间方位跟踪系统等，具有刚度高、精确度高、灵巧性强等特点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构，解决了目前同时具有3r、2r1t、2t1r三种运动模式的并联机构，变换过程复杂的问题，本发明的并联机构能够满足复杂曲面加工的要求。

本发明所采用的技术方案是，具有3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构，包括定平台和动平台，定平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第八连杆连接在动平台上，动平台呈曲面，第一支链的一端连接在定平台上，另一端连接在动平台上，第二支链的一端连接在定平台上，另一端连接在第八连杆的一端上，第三支链的一端连接在定平台上，另一端连接第八连杆的一端上，第八连杆的另一自由端连接转动副r4，转动副r4连接在动平台上。

本发明的其他特点还在于，

第一支链包括转轴一端固接在定平台上的转动副r11，转动副r11依次连接转动副r12、第一连杆、转动副r13、第二连杆、转动副r14和转动副r15，转动副r15连接在动平台上。

转动副r11与转动副r12的转轴相交形成万向铰，转动副r14与转动副r15的转轴相交形成万向铰；转动副r15与转动副r4的转轴相交形成万向铰。

第二支链包括转轴一端固接在定平台上的转动副r21，转动副r21依次连接转动副r22、第三连杆、转动副r23、第四连杆、转动副r24和转动副r25，转动副r25连接在第八连杆的一端，转动副r22连接转动驱动电机。

转动副r21与转动副r22的转轴相交形成万向铰，转动副r24与转动副r25的转轴相交形成万向铰。

第三支链包括转轴一端固接在定平台上的转动副r31，转动副r31的转轴另一端依次连接第五连杆、转动副r32、第六连杆、转动副r33、第七连杆和转动副r34，转动副r34连接在第八连杆的一端上，转动副r31连接转动驱动电机。

本发明的有益效果是，具有3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构，解决了目前同时具有3r、2r1t、2t1r三种运动模式的并联机构，变换过程复杂的问题，本发明的并联机构能满足复杂曲面加工的要求。适合应用于在曲面上工作的操作手，可以应用于焊接飞机机身，也可以用于飞机机翼的组装，可以做机器人的肩关节、腕关节，电子灵敏眼，卫星天线的空间方位跟踪系统等，具有刚度高、精确度高、灵巧性强等特点。

附图说明

图1是本发明的一种具有3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构2t1r运动模式下机构位形示意图；

图2是本发明的一种具有3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构2t2r瞬时自由度下机构位形示意图；

图3是本发明的一种具有3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构的2r1t运动模式下机构位形示意图；

图4是本发明的一种具有3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构的3r1t瞬时自由度下机构位形示意图；

图5是本发明的一种具有3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构的3r运动模式下机构位形示意图。

图中，1.第一连杆，2.第二连杆，3.第三连杆，4.第四连杆，5.第五连杆，6.第六连杆，7.第七连杆，8.第八连杆，9.动平台，10.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3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构，包括定平台10和动平台9，定平台10分别通过第一支链、第二支链、第三支链和第八连杆8连接在动平台9上，动平台9呈曲面，第八连杆包括两两相互垂直的三个直杆，三个直杆的一端固接在一起，三个直杆的三个自由端分别连接有第二支链、第三支链和转动副r4，第一支链的一端连接在定平台10上，另一端连接在动平台9上，第二支链的一端连接在定平台10上，另一端连接在第八连杆8的一个自由端上，第三支链的一端连接在定平台10上，另一端连接第八连杆8的一个自由端上，第八连杆8的另一自由端连接转动副r4，转动副r4连接在动平台9上。

第一支链包括转轴一端固接在定平台10上的转动副r11，转动副r11依次连接转动副r12、第一连杆1、转动副r13、第二连杆2、转动副r14和转动副r15，转动副r15连接在动平台9上，转动副r12连接转动驱动电机。

转动副r11与转动副r12的转轴相交形成万向铰，转动副r14与转动副r15的转轴相交形成万向铰；转动副r15与转动副r4的转轴相交形成万向铰。

第二支链包括转轴一端固接在定平台10上的转动副r21，转动副r21依次连接转动副r22、第三连杆3、转动副r23、第四连杆4、转动副r24和转动副r25，转动副r25连接在第八连杆8的一端，转动副r22连接转动驱动电机，转动副r21连接辅助驱动电机。

转动副r21与转动副r22的转轴相交形成万向铰，转动副r24与转动副r25的转轴相交形成万向铰。

第三支链包括转轴一端固接在定平台10上的转动副r31，转动副r31的转轴另一端依次连接第五连杆5、转动副r32、第六连杆6、转动副r33、第七连杆7和转动副r34，转动副r34连接在第八连杆8的一端上，转动副r31连接转动驱动电机。

在图1所示的机构位形下，转动副r11的转轴轴线平行于y轴，转动副r12、转动副r13和转动副r14的转轴轴线平行于z轴；转动副r21的转轴轴线平行于z轴，转动副r22、转动副r23和转动副r24的转轴轴线平行于平面oxy；转动副r31、转动副r32和转动副r33的转轴轴线平行于z轴，转动副r34的转轴轴线平行于平面oxy；转动副r4的转轴轴线平行于平面oxy。

在图1所示的机构位形下，转动副r11与转动副r12的转轴相交形成万向铰，转动副r14与转动副r15的转轴相交形成万向铰；转动副r15与转动副r4的转轴相交形成万向铰；转动副r21与转动副r22的转轴相交形成万向铰，转动副r24与转动副r25的转轴相交形成万向铰；转动副r15、转动副r4、转动副r25和转动副r34转轴相交于第八连杆8上点o。

当机构在图1所示的位形下，机构具有2t1r运动模式，控制转动副r12、转动副r22、转动副r31可实现机构在2t1r运动模式下的控制。

当机构在图1所示的位形下，做有限位移后，机构处于图2所示机构位形，转动副r25与转动副r34轴线平行，且转动副r21与转动副r25的转轴轴线不重合，此时机构具有2r2t瞬时自由度，此机构位形下，控制转动副r12、转动副r21、转动副r22和转动副r31可实现对机构的控制。

当机构从图2所示的位形下，绕转动副r34的转轴轴线做转动后，机构处于图3所示的位形，此位形下，机构具有2r1t运动模式，控制转动副r12、转动副r22和转动副r31可实现对机构的控制。

当机构从图3所示的位形下，做移动后，转动副r21过第八连杆8上的点o时，机构此时具有3r1t瞬时自由度，控制转动副r12、转动副r21、转动副r22和转动副r31可实现对机构的控制。

当机构从图4所示的位形下，动平台9绕平行于r34的轴线转动后，机构处于图5所示位形，此位形下，机构具有3r运动模式，控制转动副r12、转动副r21和转动副r31可实现对机构的控制。

本发明的具有3r、2r1t和1r2t三种运动模式的并联机构，第二支链与第三支链连接在第八连杆8上串联转动副r4得到混联支链，与第一支链连接动平台和定平台，使用较少的驱动电机实现了多种运动模式。本发明的并联机构的整体易于制造，控制简单，灵活性好，适合应用于在曲面上工作的操作手，可以应用于焊接飞机机身，也可以用于飞机机翼的组装，可以做机器人的肩关节、腕关节，电子灵敏眼，卫星天线的空间方位跟踪系统等，具有刚度高、精确度高、灵巧性强等特点。