CN102211333A - 可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构 - Google Patents

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李永刚
张二江
阎兵
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Abstract

一种可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构，由定平台、动平台以及连接两平台之间的三条支链组成；第一条支链和第二条支链的连接组合方式相同，从定平台到动平台的连接顺序依次为万向铰、移动副和球副，第三条支链从定平台到动平台的连接顺序依次为移动副和转动副。本机构结构简单、运动构件数目少，可大大地降低运动过程中构件间产生干涉的可能性，提高了工作的稳定性和安全性。

Description

可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构
技术领域
本发明涉及一种两自由度并联机构，尤其是实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构。
背景技术
随着少自由度并联机构学的兴起，少自由度并联机构已经在数控机床、机器人、医学、食品加工等领域应用越来越广。目前应用最广的并联机构的自由度多为三自由度和六自由度，四、五自由度的并联机构也有较多的应用，而两自由度并联机构的应用还很少，在公开发表的专利中，两自由度的并联机构大都实现的是两维的移动或两维的转动，实现一维移动和一维转动的两自由度并联机构还很少。在公开发表的机构中约束支链的数目较多，不但增加了制造成本，而且在运动过程中很容易发生干涉现象，缩小了工作空间。
由于两自由度并联机构的构件数目少，运动求解简单，标定容易，易于实现模块化，加之在许多场合如医药、食品加工、微电子装配等自动化生产线上一些自动装置只需要较少的运动自由度即可满足要求，因此，两自由度的并联机构有着较广泛的发展前景。
发明内容
本发明的目的在于设计一种可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构，该机构结构简单、运动构件数目少，可大大地降低运动过程中构件间产生干涉的可能性，提高了工作的稳定性和安全性。
如上构思，本发明的技术方案是：一种可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构，包括定平台和动平台，其特征在于：在定平台和动平台之间连接三条支链；第一条支链和第二条支链的连接组合方式相同，从定平台到动平台的连接顺序依次为万向铰、移动副和球副，第三条支链从定平台到动平台的连接顺序依次为移动副和转动副。
上述第一条支链和第二条支链为驱动支链，驱动结构采用的是上、下连杆通过移动副连接的伸缩杆结构。
上述第一条支链和第二条支链为无约束支链，连接定平台与移动副上连杆的万向铰对称分布在定平台的一个端面上，连接移动副下连杆与动平台的球副对称分布在动平台的两个周边上。
上述第三条支链为约束支链，其由上、下连杆组成，下连杆通过移动副和上连杆相连，下连杆与定平台垂直且刚性连接，上连杆通过转动副与动平台相连。
上述转动副轴线在动平台平面内且与球副中心的连线相垂直，球副在动平台平面内的轴线与转动副的轴线相互平行。
上述第一条支链和第二条支链中的上连杆与下连杆通过导向键连接，且导向键与上连杆过盈配合连接，导向键在下连杆的导向槽内移动。
上述第一条支链和第二条支链的驱动装置采用电机加丝杠螺母传动副或直线运动驱动模块或是液压传动装置。
本发明有以下的优点：
1、该机构运动构件数目少，大大降低了运动过程中构件间产生干涉的可能性。
2、该机构结构简单，可以使得制造和装配误差导致的运动不灵活性大大减少。
3、该机构刚度高、工作空间大。
4、该机构控制简单，易于做成模块，便于通过定平台与其他机构组合，可实现多台机构共同作业。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图中：1.第一条支链；2.第二条支链；3.第三条支链；4.定平台；5.动平台；U.万向铰；S.球副；R.转动副；11.第一条支链移动副下连杆；12.第一条支链移动副上连杆；21.第二条支链移动副下连杆；22.第二条支链移动副上连杆；31.第三条支链移动副下连杆；32.第三条支链移动副上连杆；A.导向键。
具体实施方式：
以下结合附图和实施方式对本发明的两自由度空间并联机构作进一步详细描述。
本发明的实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构，由定平台(4)、动平台(5)以及连接两平台之间的三条支链组成。所述的第一条支链中的下连杆(11)通过万向铰(U)与定平台相连，万向铰的第一轴线在定平台平面内且垂直于定平台的端面，下连杆(11)的另一端通过移动副与上连杆(12)相连；上连杆(12)通过球副与动平台相连，球副用三个等效的转动副来代替，球副的一条轴线沿着上连杆的轴线，一条轴线在动平台平面内且与动平台的一条周边平行。所述的第二条支链的连接方式与第一条支链的连接方式相同，从定平台到动平台的连接顺序依次为万向铰(U)、移动副和球副(S)。第一、第二条支链中的万向铰对称分布在定平台的一个端面上，且万向铰的第一轴线相互平行，球副均匀分布在动平台的一端；第一、第二支链构成一个平面。所述的第三条支链中的下连杆(31)与定平台垂直且刚性连接，下连杆(31)通过移动副和上连杆(32)相连，上连杆(32)通过转动副(R)与动平台相连，转动副轴线在动平台平面内且与球副中心的连线相垂直。球副在动平台平面内的轴线与转动副的轴线相互平行。
在此机构中，第一条支链和第二条支链为驱动支链，采用驱动电机加丝杠螺母副传动。其中，上连杆与下连杆通过导向键连接，且导向键与上连杆过盈配合连接，导向键在下连杆的导向槽内移动。通过调节驱动电机的输出参数，来调节动平台的位姿，使其具有一维转动和一维移动输出。

Claims (7)

1.一种可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构，包括定平台和动平台，其特征在于：在定平台和动平台之间连接三条支链；第一条支链和第二条支链的连接组合方式相同，从定平台到动平台的连接顺序依次为万向铰、移动副和球副，第三条支链从定平台到动平台的连接顺序依次为移动副和转动副。
2.根据权利要求1所述的可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构，其特征在于：上述第一条支链和第二条支链为驱动支链，驱动结构采用的是上、下连杆通过移动副连接的伸缩杆结构，驱动装置与驱动结构连接。
3.根据权利要求1或2所述的可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构，其特征在于：上述第一条支链和第二条支链为无约束支链，连接定平台与移动副上连杆的万向铰对称分布在定平台的一个端面上，连接移动副下连杆与动平台的球副对称分布在动平台的两个周边上。
4.根据权利要求1所述的可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构，其特征在于：上述第三条支链为约束支链，其由上、下连杆组成，下连杆通过移动副和上连杆相连，下连杆与定平台垂直且刚性连接，上连杆通过转动副与动平台相连。
5.根据权利要求1或3或4所述的可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构，其特征在于：上述转动副轴线在动平台平面内且与球副中心的连线相垂直，球副在动平台平面内的轴线与转动副的轴线相互平行。
6.根据权利要求1或2所述的可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构，其特征在于：上述第一条支链和第二条支链中的上连杆与下连杆通过导向键连接，且导向键与上连杆过盈配合连接，导向键在下连杆的导向槽内移动。
7.根据权利要求2所述的可实现一维转动和一维移动的两自由度空间并联机构，其特征在于：上述第一条支链和第二条支链的驱动装置采用电机加丝杠螺母传动副或直线运动驱动模块或是液压传动装置。
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