CN102490179A - 一种具有三转动和一平动自由度的并联机构 - Google Patents

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宋轶民
董罡
孙涛
连宾宾
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Abstract

本发明公开了一种具有三转动和一平动自由度的并联机构，它包括固定架，在固定架的中心孔内沿同一圆周方向均匀间隔的通过转轴分别转动连接有第一主动支链座、第二主动支链座、第三主动支链座和第四主动支链座，每个主动支链座的中间设置有开孔，每个主动支链能够与相应设置的主动支链座的内壁通过导轨滑块结构相滑动连接配合，在固定架的下方设置有第一、第二动平台，第一主动支链和第三主动支链的下端分别通过铰链与第一动平台转动相连，第二主动支链和第四主动支链的下端分别通过铰链与第二动平台转动相连，第一、第二动平台通过丝杠螺母副连接。采用本结构具有优势进给方向，动平台与运动支链惯量小，动态性能好。

Description

一种具有三转动和一平动自由度的并联机构
技术领域
本发明涉及一种四自由度并联机构，特别是涉及一种可实现三转动自由度和一平动自由度作业功能的并联机构。
背景技术
根据专利US6431802、ZL200610013608.3可知，现有的空间三转动和一平动自由度并联机构，采用三条结构相同的支链对称分布于固定架，支链末端连接动平台的形式。支链上设置驱动装置，每个支链可单独在驱动装置的驱动下运动，使动平台相对于固定架产生两转动和一平动自由度。动平台安装电主轴，使其产生绕自身轴线的转动。
此类机构由于动平台安装电主轴，其存在的不足是：动平台的重量过大，影响机构的快进能力及动态性能；运动支链惯性大，不易实现轻量化设计。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种有效减少动平台及运动构件质量，可实现末端执行器位姿调整的一种具有三转动和一平动自由度的并联机构。
本发明的一种具有三转动和一平动自由度的并联机构，它包括固定架，在所述的固定架的中心孔内沿同一圆周方向均匀间隔的通过转轴分别转动连接有第一主动支链座、第二主动支链座、第三主动支链座和第四主动支链座，其中第一主动支链座和第三主动支链座相对设置，第二主动支链座和第四主动支链座相对设置，每个主动支链座的中间设置有开孔，每个主动支链能够与相应设置的主动支链座的内壁通过导轨滑块结构相滑动连接配合，在所述的固定架的下方从下至上依次设置有第一动平台和第二动平台，第一主动支链和第三主动支链的下端分别通过具有三个回转自由度的铰链与所述的第一动平台转动相连，第二主动支链和第四主动支链的下端分别通过具有三个回转自由度的铰链与所述的第二动平台转动相连，所述的第一、第二动平台通过丝杠螺母副连接，所述的丝杠螺母副中的丝杠垂直固定连接在第二动平台上，与所述的丝杠螺纹连接的螺母通过轴承安装在第一动平台上并与末端执行器相连。
本发明的三转动一平动并联机构有益效果是：模块化结构设计，具有优势进给方向，动平台与运动支链惯量小，动态性能好。
附图说明
图1是本发明的三转动一平动并联机构的结构示意图；
图2是图1所示的机构中的主动支链的结构示意图；
图3是图1所示的机构中的动平台的结构示意图；
图4是图1所示的机构应用实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。
如图所示的本发明的一种具有三转动和一平动自由度的并联机构，它包括固定架5，在所述的固定架5的中心孔内沿同一圆周方向均匀间隔的通过转轴分别转动连接有第一主动支链座3、第二主动支链座4、第三主动支链座14和第四主动支链座15，其中第一主动支链座和第三主动支链座相对设置，第二主动支链座和第四主动支链座相对设置，每个主动支链座的中间设置有开孔，每个主动支链能够与相应设置的主动支链座的内壁通过导轨滑块结构相滑动连接配合，在所述的固定架的下方从下至上依次设置有第一动平台10和第二动平台7，第一主动支链1和第三主动支链13的下端分别通过具有三个回转自由度的铰链8、11与所述的第一动平台转动相连，第二主动支链2和第四主动支链16的下端分别通过具有三个回转自由度的铰链6、12与所述的第二动平台7转动相连，所述的第一、第二动平台通过丝杠螺母副连接，其中丝杠螺母副中的丝杠22垂直固定连接在第二动平台上，与所述的丝杠螺纹连接的螺母23通过轴承24安装在第一动平台上并与末端执行器9相连。所述的每一铰链具有三个回转自由度，可以采用球铰链，也可以采用任意一种实现三转动功能的铰链。图4中所示采用球铰链结构，球铰链的铰链座分别安装在第一动平台和第二动平台上。
每个所述的主动支链优选的包括伺服电机17、安装在连接板20上的滚珠丝杠19，在每一所述的主动支链座内安装有与所述的滚珠丝杠19相啮合配合的丝杠螺母，所述的伺服电机的输出轴通过减速器18与滚珠丝杠19相连接。所述的导轨滑块结构中的导轨21安装在所述的连接板20的两侧壁上，在每一所述的主动支链座内对称的安装有能够与每个主动支链的两个导轨相滑动配合的滑块。所述的主动支链还可采用液压推杆滑块、气动等结构。
本发明的三转动一平动并联机构可实现四自由度的运动。当第一主动支链1、第二主动支链2、第三主动支链13、第四主动支链16具有相同的输入时，末端执行器9可实现沿C轴的移动。当第一运动链(由第一主动支链1、第二主动支链2构成)没有输入，第二运动链的第二主动支链2、第四主动支链16具有不同的输入时，第二动平台7可带动末端动平台9实现绕B轴的转动。当第二运动链没有输入，第一运动链的第一主动支链1、第三主动支链13具有不同的输入时，第一动平台10可带动末端动平台9实现绕A轴的转动。当第二运动链的第二主动支链2、第四主动支链16具有相同的输入，第一运动链相对于第二运动链保持静止时，第二动平台7上的丝杠22沿C轴移动，带动螺母23转动，从而使末端执行器实现绕C轴的转动。
本发明的三转动一平动并联机构，采用四条主动支链驱动双动平台的结构形式，通过丝杠螺母副产生末端执行器绕C轴的转动，达到调整姿态的目的。
本发明的三转动一平动并联机构使用情况概述：如图4实施例1所示，将本发明的五自由度并联机械手作为一个模块，与三个方向的长行程导轨单元集成，实现更大工作空间内的加工能力。
以上对本发明的描述仅仅是示意性的，而不是限制性的，所以，本发明的实施方式并不局限于上述的具体实施方式。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，做出其他变化或变型，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种具有三转动和一平动自由度的并联机构，其特征在于：它包括固定架，在所述的固定架的中心孔内沿同一圆周方向均匀间隔的通过转轴分别转动连接有第一主动支链座、第二主动支链座、第三主动支链座和第四主动支链座，其中第一主动支链座和第三主动支链座相对设置，第二主动支链座和第四主动支链座相对设置，每个主动支链座的中间设置有开孔，每个主动支链能够与相应设置的主动支链座的内壁通过导轨滑块结构相滑动连接配合，在所述的固定架的下方从下至上依次设置有第一动平台和第二动平台，第一主动支链和第三主动支链的下端分别通过具有三个回转自由度的铰链与所述的第一动平台转动相连，第二主动支链和第四主动支链的下端分别通过具有三个回转自由度的铰链与所述的第二动平台转动相连，所述的第一、第二动平台通过丝杠螺母副连接，所述的丝杠螺母副中的丝杠垂直固定连接在第二动平台上，与所述的丝杠螺纹连接的螺母通过轴承安装在第一动平台上并与末端执行器相连。
2.根据权利要求1所述的具有三转动和一平动自由度的并联机构，其特征在于：每个所述的主动支链包括伺服电机、安装在连接板上的滚珠丝杠，在每一所述的主动支链座内安装有与所述的滚珠丝杠相啮合配合的丝杠螺母，所述的伺服电机的输出轴通过减速器与滚珠丝杠相连，所述的导轨滑块结构中的导轨安装在所述的连接板的两侧壁上，在每一所述的主动支链座内对称的安装有能够与每个主动支链的两个导轨相滑动配合的滑块。
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