CN103317500A - 一种具有三维平动一维转动的并联机构 - Google Patents

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刘松涛
宋涛
梅江平
杨文明
田二勋
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base
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Abstract

本发明公开了一种具有三维平动一维转动的并联机构，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；动平台包括相互平行的上平台和下平台，上平台和下平台空间相互对称，上平台和下平台上各固接有两个相邻的下连接轴，上平台和下平台通过换向机构连接，换向机构能够将上平台和下平台的相对移动转化为绕换向机构的回转中心线的转动。本发明结构简单，运动方式明确；由于具有对称的结构分布，使其在空间中具有更大的刚度；取缔放大机构的使用，极大地降低了动平台质量和复杂程度，使得该机构可以实现更高的运动速度和加速度，从而提高机构效率。本发明可广泛应用于分拣和包装等领域。

Description

一种具有三维平动一维转动的并联机构
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种机器人具有三维平动一维转动的并联机构。
背景技术
并联机器人具有无累积误差、精度较高，结构紧凑、刚度高、承载能力大等优点，已广泛应用于军事工业、生物医学、运动模拟等领域的方方面面。目前，作为并联机器人重要组成部分的可实现三维平动、一维转动的四自由度并联机构，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。上述机构的局限性在于：只能实现绕垂直于动平台轴线的转动并且放大机构增加了动平台的重量，不利于提高机构效率。
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能够提高机构效率的具有三维平动一维转动的并联机构。
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：一种具有三维平动一维转动的并联机构，包括固定架、动平台以及对称布置在所述固定架与所述动平台之间的四条结构相同的支链；每条所述支链包括一个近架杆、两个平行的远架杆及其上连接轴和下连接轴，所述下连接轴、所述上连接轴和两个平行的所述远架杆形成平行四边形，所述近架杆的一端与安装在所述固定架上的旋转驱动装置固接，其另一端与所述上连接轴固接；两个所述远架杆的一端分别通过球铰链与所述上连接轴球铰接，另一端分别通过球铰链与所述下连接轴球铰接；所述动平台包括相互平行的上平台和下平台，所述上平台和所述下平台空间相互对称，所述上平台和所述下平台上各固接有两个相邻的所述下连接轴，所述上平台和所述下平台通过换向机构连接，所述换向机构能够将所述上平台和所述下平台的相对移动转化为绕所述换向机构的回转中心线的转动。
所述换向机构是由丝杠和丝杠螺母构成的螺旋传动机构，所述丝杠螺母固定在所述上平台上，所述丝杠与所述下平台通过转动副连接。
所述丝杠与所述下平台和所述上平台均垂直。
所述换向机构的回转中心线位于所述上平台和所述下平台的对称平面内。
所述换向机构为一套或为并联对称布置在所述动平台几何中心线两侧的至少两套。
所述上平台上的两个所述下连接轴相互垂直，所述下平台上的两个所述下连接轴相互垂直。
所述上平台上的两个所述下连接轴分别固接在所述上平台的两端，所述下平台上的两个所述下连接轴分别固接在所述下平台的两端。
本发明具有的优点和积极效果是：结构简单，运动方式明确；由于具有对称的结构分布，使其在空间中具有更大的刚度；取缔放大机构的使用，极大地降低了动平台质量和复杂程度，使得该机构可以实现更高的运动速度和加速度，从而提高机构效率。本发明可广泛应用于分拣和包装等领域。
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。
图中：1、固定架，2、旋转驱动装置，3、近架杆，4、上连接轴，5、下连接轴，6、7、远架杆，8、动平台，9、上平台，10、丝杠，11、丝杠螺母，12、下平台。
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2，一种具有三维平动一维转动的并联机构，包括固定架1、动平台8以及对称布置在所述固定架1与动平台8之间的四条结构相同的支链。
每条支链包括近架杆3、两个平行的远架杆6、7以及远架杆6、7的上连接轴4和下连接轴5，每条支链上的下连接轴5、上连接轴4和两个平行的远架杆6、7形成平行四边形。所述近架杆3的一端与安装在所述固定架上的旋转驱动装置固接，其另一端与上连接轴4固接；两个远架杆6、7平行设置，其一端分别通过球铰链与所述上连接轴4球铰接，另一端分别通过球铰链与下连接轴5球铰接，下连接轴5固接在所述动平台8上。旋转驱动装置2为与其固接的近架杆3提供一个转动自由度。
请参见图2，所述动平台包括相互平行的上平台9和下平台12，上平台9和下平台12空间相互对称，上平台9和下平台10上各固接有两个相邻的下连接轴5。所述上平台9和所述下平台12通过换向机构连接，所述换向机构能够将所述上平台9和所述下平台12的相对移动转化为绕所述换向机构的回转中心线的转动。
在本实施例中，所述换向机构是由丝杠10和丝杠螺母11构成的螺旋传动机构，所述丝杠螺母固定在所述上平台上，所述丝杠与所述下平台通过转动副连接。上述换向机构限制了下平台12的三个回转自由度以及上平台9的三个回转自由度，也就是说，上、下平台除均可实现三维平动外，还能将它们之间的相对移动通过螺旋传动机构转化为绕丝杠轴线的转动，从而实现精准换向。
上述换向机构的回转中心线位于所述下平台12和所述上平台9的对称平面内。上述丝杠与所述上平台和所述下平台均垂直。固接在上平台9上的两个相邻的下连接轴5相互垂直，且分别固接在所述上平台的两端；固接在下平台12上的两个相邻的下连接轴5相互垂直，且分别固接在所述下平台的两端。
上述换向机构并不限于采用螺旋传动机构，也可采用多级齿条齿轮换向机构，或其它换向机构。上述换向机构可安装一套，也可在上平台9和下平台12之间并联对称安装至少两组，从而达到配置多个末端执行器的目的。此时，所有换向机构对称布置在所述动平台8的几何中心线两侧，以保证动平台运动时的惯性平衡。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：
1）动平台8包括相互平行且空间对称的上平台9和下平台12，上平台9和下平台12通过换向机构连接，换向机构的回转中心线通过上平台9和下平台12的对称平面。
2）下平台12与上平台9各通过相互垂直的两个相邻下连接轴与相邻的两条支链连接，换向机构将上下平台的错动转化为绕换向机构回转中心线的转动。
本发明具有结构简单，运动方式明确的优点。由于具有对称的结构分布，使其在空间中具有更大的刚度，取缔放大机构的使用，使得运动具有更高的效率。
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，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有三维平动一维转动的并联机构，包括固定架、动平台以及对称布置在所述固定架与所述动平台之间的四条结构相同的支链；每条所述支链包括一个近架杆、两个平行的远架杆及其上连接轴和下连接轴，所述下连接轴、所述上连接轴和两个平行的所述远架杆形成平行四边形，所述近架杆的一端与安装在所述固定架上的旋转驱动装置固接，其另一端与所述上连接轴固接；两个所述远架杆的一端分别通过球铰链与所述上连接轴球铰接，另一端分别通过球铰链与所述下连接轴球铰接；
其特征在于，所述动平台包括相互平行的上平台和下平台，所述上平台和所述下平台空间相互对称，所述上平台和所述下平台上各固接有两个相邻的所述下连接轴，所述上平台和所述下平台通过换向机构连接，所述换向机构能够将所述上平台和所述下平台的相对移动转化为绕所述换向机构的回转中心线的转动。
2.根据权利要求1所述的具有三维平动一维转动的并联机构，其特征在于，所述换向机构是由丝杠和丝杠螺母构成的螺旋传动机构，所述丝杠螺母固定在所述上平台上，所述丝杠与所述下平台通过转动副连接。
3.根据权利要求2所述的具有三维平动一维转动的并联机构，其特征在于，所述丝杠与所述下平台和所述上平台均垂直。
4.根据权利要求3所述的具有三维平动一维转动的并联机构，其特征在于，所述换向机构的回转中心线位于所述上平台和所述下平台的对称平面内。
5.根据权利要求3所述的具有三维平动一维转动的并联机构，其特征在于，所述换向机构为一套或为并联对称布置在所述动平台几何中心线两侧的至少两套。
6.根据权利要求1所述的具有三维平动一维转动的并联机构，其特征在于，所述上平台上的两个所述下连接轴相互垂直，所述下平台上的两个所述下连接轴相互垂直。
7.根据权利要求6所述的具有三维平动一维转动的并联机构，其特征在于，所述上平台上的两个所述下连接轴分别固接在所述上平台的两端，所述下平台上的两个所述下连接轴分别固接在所述下平台的两端。
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