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1、(10)申请公布号 CN 102962837 A (43)申请公布日 2013.03.13 CN 102962837 A *CN102962837A* (21)申请号 201210445043.1 (22)申请日 2012.11.09 B25J 9/00(2006.01) (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北大 街西段 438 号 (72)发明人 黄真 陈子明 曹文熬 杨凤霞 李艳文 (74)专利代理机构 石家庄一诚知识产权事务所 13116 代理人 李合印 (54) 发明名称 易于控制的对称两转一移并联机构 (57) 摘要 一种易于控制的对称两转一移并联机构。
2、， 其 有定、 动两平台和连接这两平台的三条结构完全 相同的活动分支， 所有活动分支均由一个与定平 台相连的定平台转动副、 一个与动平台相连的动 平台转动副以及位于上述两个转动副之间的一 个三自由度平面子链构成， 动平台转动副的轴线 与定平台转动副的轴线相交于空间一点， 该点为 分支的中心点， 上述三个活动分支的中心点构成 了一个中间平面， 上述定、 动两平台为全等的三角 形， 且关于该中间平面对称。 本发明采用对称的结 构， 且可以实现绕中间对称平面内的任意一条轴 线或任意一点的连续转动， 能有效地避免伴随运 动的发生， 给机构的运动控制带来很大方便， 具有 广阔的应用前景。 (51)Int。
3、.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1 页 2 1. 一种易于控制的对称两转一移并联机构， 其有定、 动两平台和连接这两平台的三条 结构完全相同的活动分支， 其特征在于 ： 上述三条活动分支均包含一个与定平台相连的定 平台转动副、 一个与动平台相连的动平台转动副以及连接定平台转动副和动平台转动副的 一个三自由度平面子链， 该三自由度平面子链是由三个轴线相互平行的转动副构成， 或由 转动副和移动副共同构成， 其中转动副的轴线相互平行， 移动副与转动副相互垂直，。
4、 上述三 自由度平面子链中的转动副的轴线分别与上述定平台转动副的轴线和动平台转动副的轴 线相互垂直， 该定平台转动副和动平台转动副分别与定、 动两平台连接并倾斜布置， 该定平 台转动副的轴线与动平台转动副的轴线相交于空间一点， 该点为该分支的分支中心点， 上 述三个活动分支的分支中心点构成了一个中间平面， 上述定、 动两平台为全等的三角形， 且 关于该中间平面对称， 每个分支中的定平台转动副和动平台转动副也关于该中间平面对 称。 2. 根据权利要求 1 所述的一种易于控制的对称两转一移并联机构， 其特征在于 ： 上述 相邻的轴线相互垂直的两个转动副可以替换为一个万向铰链。 权 利 要 求 书 。
5、CN 102962837 A 2 1/3 页 3 易于控制的对称两转一移并联机构 0001 技术领域 本发明涉及机器人领域， 特别涉及一种并联机构。 0002 背景技术 具有两个转动自由度和一个移动自由度的并联机构在机械工业领域 有着广泛的应用。 0003 通常两转一移并联机构的转动和移动之间是会相互影响的。 在一些两转一移并联 机构中， 机构的动平台没有某个方向的移动自由度， 但动平台的中心点却可以发生这个方 向的移动。学者们将机构中的这种在非自由度方向上的移动称为 “伴随运动” 。伴随运动的 存在会对机构的标定和轨迹规划带来不便， 并且增加控制的复杂度。 因此， 通过合理的设计 来减少或消。
6、除机构的伴随运动是在进行机构设计时需要解决的一个问题。 0004 很多学者曾针对两转一移并联机构中的伴随运动问题进行过专门的研究， 并设计 出了一些没有伴随运动的机构 （CN101518898A， CN101497167A） 。但这些机构都采用的是非 对称的结构形式， 机构不具有各向同性， 且制造和维护成本较高。 0005 发明内容 本发明的目的在于提供一种成本低、 各向同性较好的易于控制的对称 两转一移并联机构， 本发明主要包括定、 动两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的 活动分支， 这三条活动分支均由一个与定平台相连的定平台转动副、 一个与动平台相连的 动平台转动副以及连接定平台转动副。
7、和动平台转动副的一个三自由度平面子链构成， 上述 三自由度平面子链是指由三个运动副以一定的连接方式组合在一起， 且相互之间只发生平 面运动的运动链， 其可以由三个相互平行的转动副构成 （表述为 RRR， 一般 R 表示一个转动 副， P 表示一个移动副） ， 也可以由转动副和移动副共同构成， 其中转动副相互平行， 移动副 与转动副相互垂直。本发明中所述的三自由度平面子链可以有以下 7 种构成形式 ： RRR、 RRP、 RPR、 PRR、 RPP、 PRP、 PPR。 0006 三自由度平面子链中的转动副的轴线分别与上述定平台转动副的轴线和动平台 转动副的轴线相互垂直， 该定平台转动副和动平台。
8、转动副分别与定、 动两平台倾斜布置， 而 且该定平台转动副的轴线与动平台转动副的轴线相交于空间一点， 该点为该分支的分支中 心点， 上述三条活动分支的分支中心点构成了一个中间平面， 上述定、 动两平台为全等的三 角形， 且关于上述中间平面对称， 每个分支中的定平台转动副和动平台转动副也关于该中 间平面对称。上述相邻的轴线相互垂直的两个转动副可以替换为一个万向铰链。 0007 本发明与现有技术相比具有如下优点 ： 1、 由于本发明的三个分支完全相同， 是一种对称的三自由度并联机构， 因此在运动过 程中具有很好的各向同性， 且制造和维护成本较低。 0008 2、 本发明的动平台可以实现绕定、 动两。
9、平台的中间对称平面内的任意一条轴线或 任意一点的连续转动， 能够有效地避免伴随运动的发生， 给机构的运动控制带来很大方便， 具有广阔的应用前景。 0009 附图说明 ： 图 1 是本发明实施例 1 的立体示意图。 0010 图 2 是本发明实施例 2 的立体示意图。 0011 图 3 是本发明实施例 3 的立体示意图。 说 明 书 CN 102962837 A 3 2/3 页 4 0012 图 4 是本发明实施例 4 的立体示意图。 0013 具体实施方式 ： 在图 1 所示的易于控制的对称两转一移并联机构实施例 1 的立体示意图中， 三条结构 完全相同的活动分支连接定平台1和动平台6， 三条。
10、活动分支均由定平台转动副R1、 动平台 转动副 R5、 三自由度平面子链和将它们连在一起的连杆组成， 该三自由度平面子链是由三 个轴线相互平行的转动副 R2、 转动副 R3 和转动副 R4 构成。上述定平台转动副 R1 与定平 台 1 连接， 并与定平台 1 倾斜布置， 该定平台转动副 R1 通过连杆 2 与上述转动副 R2 连接， 该转动副 R2 的轴线与上述定平台转动副 R1 的轴线相互垂直， 该转动副 R2 通过连杆 3 与上 述转动副 R3 连接， 该转动副 R3 通过连杆 4 与上述转动副 R4 连接， 该转动副 R4 通过连杆 5 与动平台转动副 R5 连接， 该动平台转动副 R5。
11、 与动平台 6 连接， 并与动平台 6 倾斜布置， 该 动平台转动副 R5 的轴线与上述转动副 R4 的轴线相互垂直， 而且动平台转动副 R5 的轴线与 上述定平台转动副R1的轴线相交于空间一点O1， O1点为该分支的分支中心点， 上述三条活 动分支的分支中心点 O1、 O2、 O3 构成了一个中间平面， 上述定、 动两平台为全等的三角形， 且关于上述中间平面对称， 每个分支中的定平台转动副 R1 和动平台转动副 R5 也关于上述 中间平面对称。 0014 在图 2 所示的易于控制的对称两转一移并联机构实施例 2 的立体示意图中， 三条 结构完全相同的活动分支连接定平台1和动平台6， 三条活动。
12、分支均由定平台转动副R1、 动 平台转动副 R5、 三自由度平面子链和将它们连在一起的连杆组成， 该三自由度平面子链是 由转动副 R2、 移动副 P3 和转动副 R4 构成， 移动副 P3 与转动副 R2 的轴线相互垂直， 转动副 R4 的轴线与转动副 R2 的轴线相互平行。上述定平台转动副 R1 与定平台 1 连接， 并与定平 台 1 倾斜布置， 上述定平台转动副 R1 通过连杆 2 与上述转动副 R2 连接， 且该转动副 R2 的 轴线与上述定平台转动副 R1 的轴线相互垂直， 上述转动副 R2 通过连杆 3 与上述移动副 P3 连接， 该移动副 P3 通过连杆 4 与上述转动副 R4 连。
13、接， 该上述转动副 R4 通过连杆 5 与上述 动平台转动副 R5 连接， 该动平台转动副 R5 与动平台 6 连接， 并与动平台 6 倾斜布置， 该动 平台转动副 R5 的轴线与上述转动副 R4 的轴线相互垂直， 而且动平台转动副 R5 的轴线与上 述定平台转动副R1的轴线相交于空间一点O1， O1点为该分支的分支中心点， 上述三条活动 分支的分支中心点 O1、 O2、 O3 构成了一个中间平面， 上述定、 动两平台为全等的三角形， 且 关于上述中间平面对称， 每条分支中的定平台转动副 R1 和动平台转动副 R5 也关于上述中 间平面对称。 0015 在图 3 所示的易于控制的对称两转一移并。
14、联机构实施例 3 的立体示意图中， 三条结构完全相同的活动分支连接定平台 1 和动平台 6， 三条活动分支均由定平台转 动副 R1、 动平台转动副 R5、 三自由度平面子链和将它们连在一起的连杆组成， 该三自由度 平面子链是由移动副 P2、 转动副 R3 和转动副 R4 构成， 转动副 R3 的轴线与移动副 P2 相互 垂直， 转动副 R4 的轴线与转动副 R3 的轴线相互平行。上述定平台转动副 R1 与定平台 1 连 接， 并与定平台 1 倾斜布置， 该定平台转动副 R1 通过连杆 2 与上述移动副 P2 连接， 该移动 副 P2 通过连杆 3 与上述转动副 R3 连接， 该转动副 R3 与。
15、上述定平台转动副 R1 的轴线相互 垂直， 上述转动副 R3 通过连杆 4 与上述转动副 R4 连接， 该转动副 R4 通过连杆 5 与上述动 平台转动副 R5 连接， 该动平台转动副 R5 与动平台 6 连接， 并且与动平台 6 倾斜布置， 该动 平台转动副 R5 的轴线与上述转动副 R4 的轴线相互垂直， 而且动平台转动副 R5 的轴线与上 说 明 书 CN 102962837 A 4 3/3 页 5 述定平台转动副R1的轴线相交于空间一点O1， O1点为该分支的分支中心点， 上述三条活动 分支的分支中心点 O1、 O2、 O3 构成了一个中间平面， 上述定、 动两平台为全等的三角形， 且。
16、 关于上述中间平面对称， 每条分支中的定平台转动副 R1 和动平台转动副 R5 也关于该中间 平面对称。 0016 在图 4 所示的易于控制的对称两转一移并联机构实施例 4 的立体示意图中， 三条 结构完全相同的活动分支连接定平台1和动平台6， 三条活动分支均由万向铰链U1、 万向铰 链 U3、 一个转动副 R2 和将它们连在一起的连杆组成， 上述万向铰链 U1 与定平台 1 连接， 该 万向铰链 U1 包含两个轴线相互垂直相交的转动副， 万向铰链 U1 通过其第一个转动副与定 平台 1 连接并倾斜布置， 其第二个转动副通过连杆 2 与上述转动副 R2 连接， 该转动副 R2 的 轴线与上述万。
17、向铰链 U1 中的第二个转动副的轴线相互平行， 该转动副 R2 通过连杆 3 与上 述万向铰链 U3 连接， 该万向铰链 U3 包含两个轴线相互垂直相交的转动副， 万向铰链 U3 通 过其第一个转动副与连杆3连接， 且其第一个转动副的轴线与上述转动副R2的轴线相互平 行， 上述万向铰链 U3 通过其第二个转动副与动平台 6 连接并倾斜布置， 该万向铰链 U3 的第 二个转动副的轴线与上述万向铰链 U1 中的第一个转动副轴线空间相交于一点 O1， O1 点为 该分支的分支中心点， 上述三条活动分支的分支中心点 O1、 O2、 O3 构成了一个中间平面， 上 述定、 动两平台为全等的三角形， 且关于该中间平面对称， 每条分支中的万向铰链 U1 的第 一个转动副与万向铰链 U3 的第二个转动副也关于该中间平面对称。 说 明 书 CN 102962837 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102962837 A 6 2/2 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102962837 A 7 。