CN101863024A - 一种可实现高速运动的三维平动一维转动并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可实现高速运动的三维平动一维转动并联机构，包括固定架、动平台以及对称布置在固定架与动平台之间的四条结构相同的支链；动平台包括水平布置的上平台和下平台，上平台和下平台通过转动机构连接，转动机构包括固定在上平台上的丝杠螺母和与其连接的丝杠，丝杠由安装在下平台的轴承支承，该机构通过转动机构将上、下平台的移动转化为绕丝杠轴线的转动，上平台和下平台分别固接有一对相对的下连接轴。本发明因动平台采用了水平布置的上平台和下平台，并且上、下平台通过转动机构连接，故其结构紧凑，避免了转向机构和放大机构，降低了机构复杂性的同时减少了运动质量，易实现高速抓取，且满足复杂抓放操作的要求。

Description

一种可实现高速运动的三维平动一维转动并联机构
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种机器人可实现高速运动的三维平动一维转动并联机构。
背景技术
美国专利US4976582提出了一种可实现三维平动一维转动的并联机构，包括动平台和三条主动支链，每条支链包括近架杆和远架杆两部分。所述远架杆为双杆构成的平行四边形，每根杆两端通过球铰链分别与近架杆和动平台连接，其中近架杆一端相对于固定机架仅具有一个移动或转动自由度，另一端通过球铰与远架杆的一端连接，从而限制动平台相对于固定机架的三个回转自由度。此后，通过添加两端为虎克铰链的伸缩杆将固定在机架上的电机和动平台上的运动部件连接，从而实现了可绕动平台轴线的转动。上述四自由度机构的不足在于：增大了机构运动部件的质量，实现一维转动的结构较为复杂。
美国专利文献US20090019960A1和欧洲专利文献EP1084802B1公开了一种可实现三维平动一维转动的并联机构，包括四个主动支链和一个动平台，每条支链包括近架杆和远架杆两部分。其中近架杆一端相对于固定机架仅具有一个移动或转动自由度，另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与远架杆的一端连接；远架杆另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与动平台连接，从而保证机构的平动；动平台由四个部件组成，其中两个部件需相互平行，另外两个部件与前述两个相互平行的部件通过转动铰链连接，通过部件之间的相互转动可实现绕垂直于动平台的轴线的转动自由度，同时配以相应的放大机构可扩大转角范围。上述机构的不足在于：动平台尺寸较大，其上设置的放大机构增加了动平台的重量。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种动平台结构紧凑且附加运动质量轻的可实现高速运动的三维平动一维转动并联机构。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种可实现高速运动的三维平动一维转动并联机构，包括固定架、动平台以及对称布置在所述固定架与动平台之间的四条结构相同的支链；所述固定架上固接有驱动端；所述动平台上固接有下连接轴；每条支链包括近架杆和两个平行的远架杆，所述近架杆一端与所述驱动端固接，另一端固接有上连接轴；所述两个平行的远架杆一端分别与所述上连接轴的两端球铰接，另一端分别与所述下连接轴的两端球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆形成平行四边形；所述动平台包括水平布置的上平台和下平台，所述上平台和下平台通过转动机构连接，所述转动机构包括固定在上平台上的丝杠螺母和与其连接的丝杠，所述丝杠由安装在所述下平台的轴承支承，该机构通过所述转动机构将上、下平台的移动转化为绕所述丝杠轴线的转动，所述上平台和下平台分别固接有一对相对的所述下连接轴。
所述上平台和下平台还通过由导套和导向套构成的移动副连接，所述丝杠设置在所述导套和导向套内。
所述导套和所述导向套的外面设有与所述上、下平台连接的拉簧。
所述导套、所述导向套、所述拉簧和所述转动机构为一组或平行布置的至少两组。
本发明具有的优点和积极效果是：因动平台采用了水平布置的上平台和下平台，并且上、下平台通过转动机构连接，故其结构紧凑，避免了转向机构和放大机构，降低了机构复杂性的同时减少了运动质量，易实现高速抓取，且满足复杂抓放操作的要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中动平台的结构示意图；
图3为本发明中动平台上导套的剖视图。
图中：1、固定架，2、近架杆，3、上连接轴，4、下连接轴，5a、5b、6a、6b、球铰链，7、远架杆I，8、远架杆II，9、上平台，10、下平台，11、动平台，12、驱动端，13、拉簧，14、丝杠螺母，15、丝杠，16、导套，17、导向套。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图3，一种可实现高速运动的三维平动一维转动并联机构，包括固定架1、动平台11以及对称布置在所述固定架1与动平台11之间的四条结构相同的支链；每条支链包括近架杆2、远架杆I 7、远架杆II 8和连接所述近架杆2和远架杆I 7与远架杆II 8的上连接轴3以及连接远架杆I 7和远架杆II 8的下连接轴4，每条支链上的下连接轴4、上连接轴3和两个平行的远架杆I 7、远架杆II 8形成平行四边形。所述近架杆2的一端与固定架1上的驱动端12固接，其另一端与上连接轴3固接；所述远架杆I 7和远架杆II 8平行设置，其一端分别通过球铰链5a、6a与所述上连接轴3连接，另一端分别通过球铰链5b、6b与固接于所述动平台11上的下连接轴4球铰接。所述固定架1的驱动端12为与其固接的近架杆2提供一个转动自由度。动平台11由相互平行布置的上平台9和下平台10构成，上平台9和下平台10通过转动机构连接，转动机构包括固定在上平台9上的丝杠螺母14和与其连接的丝杠15，丝杠15由安装在下平台10内的轴承支承，该机构通过上述转动机构将上、下平台的移动转化为绕所述丝杠15轴线的转动。采用上述结构的动平台，结构紧凑，避免了转向机构和放大机构，降低了机构复杂性的同时减少了运动质量，易实现高速抓取，且满足复杂抓放操作的要求。但此时因螺旋副直接承受了来自于上、下平台运动时产生的侧向力，故螺旋副本身运动阻力偏大，且易磨损并降低运动精度。为了克服上述缺陷，在丝杠15外面设置由导套16和导向套17构成的移动副将上、下平台连接，所述导套16外布置有螺旋拉簧13连接所述上、下平台，以保证导套16和导向套17不会相互脱离。所述导套16和导向套17构成的移动副内部布置上述转动机构，所述上平台9和下平台10分别固接一对相对的下连接轴4。
当所述上、下平台相对运动时，通过丝杠螺母14驱动丝杠15，可将上平台沿导套16轴向的移动转化为绕导套轴向的转动。采用导套16和导向套17构成移动副的结构可保证动平台11有较高的侧向刚度，且侧向力不会影响内部的转动机构，因而可满足机构一维转动的稳定性。
所述拉簧、所述导套和导向套以及内部转动机构可设置一组或平行布置至少两组，以满足执行多个任务的需求。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：
(1)动平台11由水平布置的上平台和下平台通过转动机构连接构成。
(2)动平台11结构简单、紧凑。
本发明因动平台采用了水平布置的上平台和下平台通过转动机构连接，故其结构紧凑，避免了转向机构和放大机构，降低机构复杂性的同时减轻了运动质量，易实现高速抓取，且满足复杂抓放操作的要求。
本发明中近架杆以及由两个远架杆及上、下连接轴组成平行四边形的支链与上平台连接组成的闭环具有4个自由度，分别为3个平动自由度和1个转动自由度，同理，与下平台连接的闭环也具有3个平动自由度和1个转动自由度，若上平台和下平台通过移动副连接，则限制了上述两个闭环的2个转动自由度，同时引入3个虚约束，但增加了上平台相对于下平台的移动自由度，因此该机构总得自由度f＝4+4-2-3+1＝4，即3个平动自由度和1个局部自由度，局部移动自由度通过转向机构可转化为转动自由度。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可实现高速运动的三维平动一维转动并联机构，包括固定架、动平台以及对称布置在所述固定架与动平台之间的四条结构相同的支链；所述固定架上固接有驱动端；所述动平台上固接有下连接轴；每条支链包括近架杆和两个平行的远架杆，所述近架杆一端与所述驱动端固接，另一端固接有上连接轴；所述两个平行的远架杆一端分别与所述上连接轴的两端球铰接，另一端分别与所述下连接轴的两端球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆形成平行四边形；其特征在于，所述动平台包括水平布置的上平台和下平台，所述上平台和下平台通过转动机构连接，所述转动机构包括固定在上平台上的丝杠螺母和与其连接的丝杠，所述丝杠由安装在所述下平台的轴承支承，该机构通过所述转动机构将上、下平台的移动转化为绕所述丝杠轴线的转动，所述上平台和下平台分别固接有一对相对的所述下连接轴。
2.根据权利要求1所述的可实现高速运动的三维平动一维转动并联机构，其特征在于，所述上平台和下平台还通过由导套和导向套构成的移动副连接，所述丝杠设置在所述导套和导向套内。
3.根据权利要求2所述的一种可实现高速运动的三维平动一维转动并联机构，其特征在于，所述导套和所述导向套的外面设有与所述上、下平台连接的拉簧。
4.根据权利要求3所述的一种可实现高速运动的三维平动一维转动并联机构，其特征在于，所述导套、所述导向套、所述拉簧和所述转动机构为一组或平行布置的至少两组。
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