CN104308834A - 一种对称型三转动并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对称型三转动并联机构，它由静平台、动平台和连接动、静平台的第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链构成，所述静平台外壁圆周方向上设置有环形导轨；所述第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链具有相同的机械结构，均包括与环形导轨滑动连接的滑块，所述滑块通过球铰链与连杆一端转动连接，所述连杆另一端通过转动副与所述动平台转动连接；本发明的全部支链具有相同的机械结构，且各支链相对动平台中心轴线成120度空间对称分布，机构具有空间对称结构，运动学性能与动力学性能具有对称性，机构各支链由环形导轨、球铰链和转动副连接，结构简单，无过约束，可实现空间高速、大转角三维转动。

Description

一种对称型三转动并联机构

技术领域

本发明涉及三转动并联机构，尤其涉及对称型三转动并联机构。

背景技术

三转动并联机构在工业领域具有广泛的应用前景，可用于星间链路卫星的定位追踪装置，机器人肩/腕关节，微创手术机器手等。上述应用均要求三转动并联机构结构具有对称性，速度快，转动空间较大等优点。

目前，已提出的三转动并联机构主要存在以下不足：1)结构不具备对称性，导致机构运动学、动力学性能在工作空间内不对称。如专利CN101590650B所述的空间三转动并联机构具有三个主动支链，其中两个支链的组成为球铰链-移动副-球铰链，另一个支链由三个轴线相互正交的转动副组成。机构运动学和动力学不具有不对称。2)受支链结构或运动副的限制，机构无法实现转动速度较快、转角较大的运动。如专利CN102120299B所述的空间三转动并联机构的支链组成复杂，难以实现大转角运动。专利CN1189288C所述机构由三条结构相同的“万向节-移动副-圆柱副”组成，由于移动副和圆柱副的限制，该类机构无法实现高速转动。

综上所述，现有的空间三转动并联机构不利于高速、转角大的应用场合。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种结构对称、可实现速度快、转动空间较大的对称型三转动并联机构。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一种对称型三转动并联机构，它由静平台、动平台和连接动、静平台的第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链构成，所述静平台外壁圆周方向上设置有环形导轨；

所述第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链具有相同的机械结构，均包括与环形导轨滑动连接的滑块，所述滑块通过球铰链与连杆一端转动连接，所述连杆另一端通过转动副与所述动平台转动连接；

静平台平面与动平台平面相互平行时作为机构的初始位形，在初始位形下，动平台中心轴线与静平台中心轴线共线，所述第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链的转动副相对动平台中心轴线成120度对称分布，三条主动支链的转动副的转动轴线共面并汇交于动平台中心点。

本发明的优点在于：

本发明的一种对称性三转动并联机构全部支链具有相同的机械结构，且各支链相对动平台中心轴线成120度空间对称分布，机构具有空间对称结构，运动学性能与动力学性能具有对称性，机构各支链由环形导轨、球铰链和转动副连接，结构简单，无过约束，可实现空间高速、大转角三维转动，可应用于卫星追踪定位，机器人肩/腕关节姿态调整等场合。

附图说明

图1是本发明的一种对称型三转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；

附图标记：静平台 1 第一主动支链 2 第二主动支链 3 第三主动支链 4 动平台 5 滑块 6 球铰链 7 连杆 8 转动副 9 动平台中心点 P 静平台中心点 O球铰链中心点 A 静平台中心轴线 a 动平台中心轴线 b 转动副轴线 c

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

如附图所示的本发明的一种对称型三转动并联机构，它由静平台1、动平台5和连接动、静平台的第一主动支链2、第二主动支链3和第三主动支链4构成，所述静平台外壁圆周方向上设置有环形导轨；

所述第一主动支链2、第二主动支链3和第三主动支链4具有相同的机械结构，均包括与环形导轨滑动连接的滑块6，所述滑块通过球铰链7与连杆8一端转动连接，所述连杆8另一端通过转动副9与所述动平台5转动连接；

静平台平面与动平台平面相互平行时作为机构的初始位形，在初始位形下，动平台中心轴线b与静平台中心轴线a共线，所述第一主动支链2、第二主动支链3和第三主动支链4的转动副9相对动平台中心轴线b成120度对称分布，三条主动支链的转动副轴线c共面并汇交于动平台中心点P。

下面再结合每一幅图对本发明加以详细说明。

如图1所示，本发明的一种对称型三转动并联机构，由静平台1、动平台5和连接动、静平台的第一主动支链2、第二主动支链3和第三主动支链4构成。

在所述静平台1上设置有环形导轨，所述静平台1与滑块6滑动连接，使滑块6沿环形轨道实现圆周连续移动。

如图2所示，所述第一主动支链2、所述第二主动支链3及所述第三主动支链4具有相同的机械结构，均由滑块6、球铰链7、连杆8和转动副9组成。所述静平台1与所述滑块6滑动配合，所述滑块6通过所述球铰链7与所述连杆8一端转动连接，所述连杆8另一端通过所述转动副9与所述动平台5转动连接。

通过静平台中心点O，方向为静平台平面法线方向的轴线为静平台中心轴线a；通过动平台中心点P，方向为动平台平面法线方向的轴线为动平台中心轴线b；静平台平面与动平台平面相互平行时，本发明的一种对称型三转动并联机构所处的位置与姿态称为初始位形。在初始位形下，动平台中心轴线b与静平台中心轴线a共线，所述第一主动支链2、所述第二主动支链3及所述第三主动支链4的转动副轴线c相对动平台中心轴线b成120度对称分布，且共面并汇交于动平台中心点P。

所述环形导轨及滑块6结构上可等同于转动副，该等效转动副轴线通过静平台中心点O、方向为静平台中心轴线a；结合所述球铰链7与所述转动副9，所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4均具有空间三自由度转动和两自由度移动能力。如图1所示，由于所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4的等效转动副轴线与转动副9的轴线相交于动平台中心点P，故所述三个主动支链三自由度转动的中心点均为动平台中心点P，三条转动轴线分别与静平台中心轴线a、转动副轴线c以及球铰链中心点A与动平台中心点P的连线重合；如图2所示，所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4的两自由度移动平面的法线为球铰链中心点A与动平台中心点P的连线所示方向，所述三个主动支链的移动平面无共同交线，故所述主动支链的两自由度移动能力相互抵消，所述动平台5可实现绕动平台中心点P的空间三自由度转动。以所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4内的滑块6为输入驱动，本发明的一种对称型三转动并联机构可实现空间三自由度转动。(有关转动中心点与移动平面的定义可详见文献“Hervé JM.The Lie group of rigid body displacements,a fundamental tool for mechanismdesign.Mech Mach Theory1999；34:719-730.”(Hervé JM.刚***移李子群,机械设计基础工具.机械原理1999；34:719-730.”)

本发明的一种对称型三转动并联机构的运动副完全由环形导轨、转动副和球铰链组成，上述铰链相对移动副、螺旋副及圆柱副等具有更好的高速运行能力。除此之外，环形导轨与转动副均具有整周回转能力，尤其环形导轨具有360度自转能力，可支持支链大范围转动。由于本专利设计的一种对称型三转动并联机构由空间对称布置的三条结构相同的主动支链构成，故本机构是一类具有对称结构的可实现高速大转角运动的三转动并联机构。

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 (1)

1.一种对称型三转动并联机构，其特征在于：它由静平台、动平台和连接动、静平台的第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链构成，所述静平台外壁圆周方向上设置有环形导轨；

所述第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链具有相同的机械结构，均包括与环形导轨滑动连接的滑块，所述滑块通过球铰链与连杆一端转动连接，所述连杆另一端通过转动副与所述动平台转动连接；

静平台平面与动平台平面相互平行时作为机构的初始位形，在初始位形下，动平台中心轴线与静平台中心轴线共线，所述第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链的转动副相对动平台中心轴线成120度对称分布，三条主动支链的转动副的转动轴线共面并汇交于动平台中心点。