无不期望转动的纯平动3-UPU并联机构

摘要

一种无不期望转动的纯平动3‑UPU并联机构，它包括基座、动平台和连接它们的三个UPU分支，各分支依次串接下万向铰、直线驱动副、上万向铰；万向铰中与基座或动平台连接的转动副为外侧转动副，与直线驱动副连接的转动副为内侧转动副；直线驱动副轴线垂直于下万向铰内侧转动副轴线，上、下两万向铰内侧转动副轴线平行；第一、三分支两下万向铰外侧转动副轴线平行，第一、三分支两上万向铰外侧转动副轴线平行；第二分支下万向铰外侧转动副轴线垂直于第一分支下万向铰外侧转动副轴线；第二分支上万向铰外侧转动副轴线垂直于第一分支上万向铰外侧转动副轴线。本发明通过对各分支上、下两万向铰外侧转动副的特殊布置消除了平动机构中的不期望转动。

说明书

技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种并联机构。

背景技术

三平动并联机构以其特殊的运动特性成为并联机构的研究热点，许多著名学者对三平动并联机构进行深入研究。1988年，Clavel R.提出了经典的Delta并联机构(Clavel R.,Delta,a fastrobot with parallel geometry,Proceeding of 18th International Symposium on Industrial Robots,Switzerland,1988.91-100.)，该机构以其定位精确、效率高等特点，被工业界广泛采用。1996年，Tsai提出了对称3-UPU平动机构(Tsai L.W.,Kinematics of A Three-Dof Platform withThree Extensible Limbs.Recent Advances in Robot Kinematics,1996:401-410.)，并给出了3-UPU型机构保持平动的条件，即每个UPU分支内侧转动副和外侧转动副分别保持平行。然而，这类3-UPU机构外侧转动副位于不同的构件上，由于装配误差，这两个外侧转动副保持平行是很难实现的，使得该机构在运动过程中出现不期望转动。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种无不期望转动的纯平动3-UPU并联机构。

本发明的技术方案如下：

本发明包括基座、动平台和连接基座与动平台的三条UPU分支，各分支均包括直线驱动副和两个万向铰，直线驱动副的两端分别通过万向铰与基座和动平台连接；万向铰与基座或动平台连接的转动副为外侧转动副，与直线驱动副连接的转动副为内侧转动副；直线驱动副轴线垂直于与基座连接的万向铰内侧转动副轴线，与动平台连接的上万向铰内侧转动副轴线平行于与基座连接的下万向铰内侧转动副轴线。

第一、三分支中与基座连接的两个下万向铰外侧转动副轴线平行，第一、三分支中与动平台连接的两个上万向铰外侧转动副轴线平行。第一分支、第二分支、第三分支外侧转动副的布置方式有三种：

第一种方式：第一、三分支与基座连接的两下万向铰外侧转动副轴线可沿空间任意方向，第一、三分支与动平台连接的两上万向铰外侧转动副轴线可沿空间任意方向。第二分支中与基座连接的下万向铰外侧转动副轴线垂直于第一分支中与基座连接的下万向铰外侧转动副轴 线；第二分支中与动平台连接的上万向铰外侧转动副轴线垂直于第一分支中与动平台连接的上万向铰外侧转动副轴线。

第二种方式：第一、三分支外侧转动副的布置方式与第一种方式相同；第二分支中与基座连接的下万向铰外侧转动副轴线和第一分支中固连在基座上的下万向铰外侧转动副轴线既不垂直也不平行；第二分支中与动平台连接的上万向铰外侧转动副轴线和第一分支中固连在动平台上的上万向铰外侧转动副轴线既不垂直也不平行；第二分支中与基座连接的下万向铰内侧转动副轴线与过对应万向铰中心且与第一分支中与基座连接的下万向铰外侧转动副轴线平行的直线组成一平面，第二分支中与动平台连接的上万向铰内侧转动副轴线与过对应万向铰中心且与第一分支中与动平台连接的上万向铰外侧转动副轴线平行的直线组成另一平面，第二分支中的两个万向铰外侧转动副轴线分别位于上述各自平面的同侧。

第三种方式：与基座连接的所有下万向铰外侧转动副轴线均与基座平行，与动平台连接的所有上万向铰外侧转动副轴线均与动平台平行。第二分支中与基座连接的下万向铰外侧转动副轴线垂直于第一分支中与基座连接的下万向铰外侧转动副轴线；第二分支中与动平台连接的上万向铰外侧转动副轴线垂直于第一分支中与动平台连接的上万向铰外侧转动副轴线。

各分支中与基座相连的下万向铰外侧转动副轴线相对于基座的方向和与动平台相连的上万向铰外侧转动副轴线相对于动平台的方向相同。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

各分支外侧转动副采用了不同于传统布置的新的方式，可以使各分支上、下两万向铰的外侧转动副自然平行，从而保证机构无不期望转动自由度，实现纯粹的三平动运动。

附图说明

图1是本发明实施例1的立体示意简图；

图2是本发明实施例2的立体示意简图；

图3是本发明实施例3的立体示意简图。

具体实施方式

实施例1

在图1所示的无不期望转动的纯平动3-UPU并联机构示意图中，三条UPU分支中的直线驱动副P1、P2、P3的两端分别通过万向铰与基座1和动平台2连接；万向铰与基座或动平台连接的转动副为外侧转动副，与直线驱动副连接的转动副为内侧转动副；直线驱动副P1、P2、P3轴线分别垂直于与基座连接的下万向铰内侧转动副R12、R22、R32轴线，与动平台 连接的上万向铰内侧转动副R13、R23、R33轴线平行于与基座连接的下万向铰内侧转动副R12、R22、R32轴线。

第一分支3、第三分支5中与基座连接的两个下万向铰外侧转动副R11、R31轴线平行，第一、三分支中与动平台连接的两个上万向铰外侧转动副R14、R34轴线平行。

第一、三分支与基座连接的两个下万向铰外侧转动副R11、R31轴线可沿空间任意方向，第一、三分支与动平台连接的两个上万向铰外侧转动副R14、R34轴线可沿空间任意方向。第二分支4中与基座连接的下万向铰外侧转动副R21轴线垂直于第一分支中与基座连接的下万向铰外侧转动副R11轴线；第二分支中与动平台连接的上万向铰外侧转动副轴R23线垂直于第一分支中与动平台连接的上万向铰外侧转动R14副轴线。

实施例2

如图2所示，第二分支4与基座1连接的下万向铰外侧转动副R24轴线和第一分支中固连在基座上的下万向铰外侧转动副R14轴线既不垂直也不平行；第二分支中与动平台2连接的上万向铰外侧转动副24轴线和第一分支中固连在动平台上的上万向铰外侧转动副R14轴线既不垂直也不平行；第二分支中与基座连接的下万向铰内侧转动副R22轴线与过对应万向铰中心且与第一分支3中与基座连接的下万向铰外侧转动副R11轴线平行的直线组成一平面，第二分支中与动平台连接的上万向铰内侧转动副R23轴线与过对应万向铰中心且与第一分支中与动平台连接的上万向铰外侧转动副R14轴线平行的直线组成另一平面，第二分支中的两个万向铰外侧转动副R21、R24轴线分别位于上述各自平面的同侧。其它部件和连接方式与实施例1相同。

实施例3

如图3所示，与基座1连接的所有下万向铰外侧转动副R11、R21、R31轴线均与基座平行，与动平台2连接的所有上万向铰外侧转动副R14、R24、R34轴线均与动平台平行。第二分支4中与基座连接的下万向铰外侧转动副R21轴线垂直于第一分支3中与基座连接的下万向铰外侧转动副R11轴线；第二分支中与动平台连接的上万向铰外侧转动副R24轴线垂直于第一分支中与动平台连接的上万向铰外侧转动副R14轴线。其它部件和连接方式与实施例1相同。