CN104308842A - 一种新型面对称两转动并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型面对称两转动并联机构，它包括静平台、动平台和连接动、静平台的第一主动支链、第二主动支链、第三主动支链及从动支链，三条主动支链相对静平台中心轴线成120度对称分布，在静平台外圆周上设置有环形导轨；第一、二主动支链具有相同的机械结构。采用本结构三条主动支链相对静平台中心线成120度对称分布，各支链内部转动中心点彼此重合，移动能力彼此抵消，机构运动学性能及动态性能具有对称性，机构从动支链连接静平台与动平台，当动平台承受铅垂方向的力时，从动支链可以提供支撑力，具有从动支链的机构与不具有从动支链的机构相比有更好的刚度。可以为机构提供优越的铅垂方向的刚度性能。

Description

一种新型面对称两转动并联机构

技术领域

本发明涉及两转动并联机构，主要涉及一种具有面对称结构的两转动并联机构。

背景技术

两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。上述应用均要求转动并联机构具有一定的刚度性能和结构对称性。

目前，已提出的并联机构主要存在以下不足：1)已提出的两转动并联机构结构复杂，结构不具有对称性，如专利CN 102294693 A中所述机构由多条支链组成，结构复杂，且支链组成包含复杂铰链，结构不具有对称性；2)已有机构无法提供足够的刚度以完成所需操作，如专利CN 102126212 A和CN 103624559 A所描述的机构结构特征可等同为一类平面机构，其无法为机构法线方向提供足够的支撑刚度，故其无法支撑卫星，机器人手臂等完成所需追踪定位操作。

综上所述，现有的两转动并联机构均存在不足，无法满足上述应用领域的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种具有对称结构的刚度性能优越的并且可以支撑卫星，机器人手臂等完成追踪定位等操作的一种新型面对称两转动并联机构。

本发明的一种新型面对称两转动并联机构，它包括静平台、动平台和连接动、静平台的第一主动支链、第二主动支链、第三主动支链及从动支链，三条主动支链相对静平台中心轴线成120度对称分布，在所述静平台外圆周上设置有环形导轨；

所述第一主动支链与所述第二主动支链具有相同的机械结构，均包括滑块，所述静平台的环形导轨与滑块滑动连接，所述滑块通过安装在滑块上的静平台转动副与下连杆一端转动连接，所述下连杆另一端通过中间转动副与上连杆一端转动连接，所述上连杆另一端通过动平台虎克铰链与动平台转动连接，所述第一主动支链的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和动平台虎克铰链远架轴线彼此平行，所述第二主动支链的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和动平台虎克铰链远架轴线彼此平行，两个动平台虎克铰链近架轴线与静平台中心线汇交于动平台中心点；

所述的第三主动支链包括固定在静平台上的第三静平台转动副，所述的第三静平台转动副与第三下连杆一端转动连接，所述第三下连杆另一端通过第三中间转动副与第三上连杆一端转动连接，所述第三上连杆另一端通过第三虎克铰链与动平台转动连接，所述第三静平台转动副轴线、第三中间转动副轴线和第三虎克铰链远架轴线彼此平行，所述第三虎克铰链近架轴线通过动平台中心点；

所述从动支链包括固定在所述静平台上的从动转动副，所述的静平台通过从动转动副与从动虎克铰链转动连接，所述从动虎克铰链的近架轴两端与动平台内环壁转动连接，所述从动虎克铰链中心点与动平台中心点重合，所述从动转动副轴线与静平台中心轴线重合。

本发明的优点：

本发明的面对称两转动并联机构三条主动支链相对静平台中心线成120度对称分布，各支链内部转动中心点彼此重合，移动能力彼此抵消，机构运动学性能及动态性能具有对称性，机构从动支链连接静平台与动平台，当动平台承受铅垂方向的力时，从动支链可以提供支撑力，具有从动支链的机构与不具有从动支链的机构相比有更好的刚度。可以为机构提供优越的铅垂方向的刚度性能，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是本发明的一种新型面对称两转动并联机构的结构示意图；

图2是图1所示的机构的第一主动支链和第二主动支链的结构示意图；

图3是图1所示的机构的第三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 从动支链5 动平台6 从动转动副7 从动虎克铰链8 滑块9 静平台转动副10下连杆11 中间转动副12 上连杆13 动平台虎克铰链14 第三静平台转动副15第三下连杆16 第三中间转动副17 第三上连杆18 第三虎克铰链19 静平台中心点O 动平台中心点P 静平台中心轴线a 静平台转动副轴线b 中间转动副轴线c动平台虎克铰链远架轴线d 动平台虎克铰链近架轴线e 第三静平台转动副轴线f第三中间转动副轴线g 第三虎克铰链远架轴线h 第三虎克铰链近架轴线i

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。

如附图所示的本发明的一种新型面对称两转动并联机构,它包括静平台1、动平台6和连接动、静平台的第一主动支链2、第二主动支链3、第三主动支链4及从动支链5，三条主动支链相对静平台中心轴线成120度对称分布，在所述静平台外圆周上设置有环形导轨；

所述第一主动支链2与所述第二主动支链3具有相同的机械结构，均包括滑块9，所述静平台1的环形导轨与滑块9滑动连接，所述滑块9通过安装在滑块9上的静平台转动副10与下连杆11一端转动连接，所述下连杆11另一端通过中间转动副12与上连杆13一端转动连接，所述上连杆13另一端通过动平台虎克铰链14与动平台6转动连接，所述第一主动支链2的静平台转动副轴线b、中间转动副轴线c和动平台虎克铰链远架轴线d彼此平行，所述第二主动支链3的静平台转动副轴线b、中间转动副轴线c和动平台虎克铰链远架轴线d彼此平行，两个动平台虎克铰链近架轴线e与静平台中心线a汇交于动平台中心点P；

所述的第三主动支链4包括固定在静平台上的第三静平台转动副15，所述的第三静平台转动副15与第三下连杆16一端转动连接，所述第三下连杆16另一端通过第三中间转动副17与第三上连杆18一端转动连接，所述第三上连杆18另一端通过第三虎克铰链19与动平台6转动连接，所述第三静平台转动副轴线f、第三中间转动副轴线g和第三虎克铰链远架轴线h彼此平行，所述第三虎克铰链近架轴线i通过动平台中心点P；

所述从动支链5包括固定在所述静平台1上的从动转动副7，所述的静平台1通过从动转动副7与从动虎克铰链8转动连接，所述从动虎克铰链8的近架轴两端与动平台6内环壁转动连接，所述从动虎克铰链中心点与动平台中心点P重合，所述从动转动副轴线与静平台中心轴线重合。

下面再结合每一幅图对本发明加以详细说明。

如图1所示，本发明的一种新型面对称两转动并联机构，由静平台1、动平台6和连接动、静平台的第一主动支链2、第二主动支链3、第三主动支链4及从动支链5构成。三条主动支链相对静平台中心轴线成120度对称分布。

所述静平台1外圆周上设置有环形导轨。所述静平台1与滑块9滑动连接，使滑块9沿环形轨道实现圆周连续移动。

如图1和图2所示，所述第一主动支链2与所述第二主动支链3具有相同的机械结构，均由滑块9，静平台转动副10，下连杆11，中间转动副12，上连杆13和动平台虎克铰链14组成。所述静平台1的环形导轨与所述滑块9滑动连接，所述滑块9通过安装在滑块9上的静平台转动副10与所述下连杆11一端转动连接，所述下连杆11另一端通过所述中间转动副12与所述上连杆13一端转动连接，所述上连杆13另一端通过所述动平台虎克铰链14与动平台6外环壁转动连接。通过静平台中心点O，方向为静平台平面法线方向的轴线称为静平台中心轴线a，所述第一主动支链2的静平台转动副轴线b、中间转动副轴线c和动平台虎克铰链远架轴线d彼此平行，所述第二主动支链3的静平台转动副轴线b、中间转动副轴线c和动平台虎克铰链远架轴线d彼此平行，两个动平台虎克铰链近架轴线e与静平台中心线a汇交于动平台中心点P。

如图1和图3所示，第三主动支链4包括第三静平台转动副15，第三下连杆16，第三中间转动副17，第三上连杆18和第三虎克铰链19。所述静平台1通过固定在静平台上的第三静平台转动副15与第三下连杆16一端转动连接，所述第三下连杆16另一端通过第三中间转动副17与第三上连杆18一端转动连接，第三上连杆18另一端通过第三虎克铰链19与动平台6外环壁转动连接。第三静平台转动副轴线f、第三中间转动副轴线g和第三虎克铰链远架轴线h彼此平行，第三虎克铰链近架轴线i通过动平台中心点P。

所述从动支链5由从动转动副7和从动虎克铰链8组成。所述静平台1通过所述从动转动副7以及连杆与所述从动虎克铰链8连接，所述从动虎克铰链8的近架轴两端与所述动平台6内环壁转动连接。所述从动虎克铰链中心点与动平台中心点P重合，所述从动转动副轴线与静平台中心轴线重合，即为轴线a。

以所述第一主动支链2和所述第二主动支链3内的静平台转动副10和第三静平台转动副15为输入驱动，本发明的一种新型面对称两转动并联机构可实现空间两自由度转动。所述环形导轨及滑块9结构上可等同于转动副，该等效转动中心轴线通过静平台中心点O、方向为静平台中心轴线a，结合所述静平台转动副10、所述中间转动副12和所述虎克铰链14，所述第一主动支链2和所述第二主动支链3均具有三自由度转动能力和两自由度移动能力，其转动中心点为动平台中心点P，其三转动轴线分别是：与静平台中心轴线a和动平台虎克铰链近架轴线e重合，与静平台转动副轴线b平行，其两自由度移动轴线为任意两条垂直于静平台转动副轴线b的互不平行的直线；在所述第三静平台转动副15、所述第三中间转动副17和所述第三虎克铰链19作用下，所述第三主动支链4具有空间两自由度转动能力和两自由度移动能力，其转动中心点为动平台中心点P，其转动轴线分别是：与第三静平台转动副轴线f平行，与第三虎克铰链近架轴线i重合；在所述从动转动副7和所述从动虎克铰链8作用下，所述从动支链5具有三自由度转动能力，其转动中心点为动平台中心点P，转动轴线分别与从动转动副7转动轴线及从动虎克铰链8两条转轴轴线重合。

如图2所示，由于所述动平台虎克铰链近架轴线e与静平台中心线a汇交于动平台中心点P，每一条主动支链中的所述静平台转动副轴线b、所述中间转动副轴线c和所述动平台虎克铰链远架轴线d彼此平行，故所述第一主动支链2和所述第二主动支链3的三自由度转动中心为动平台中心点P，其两自由度移动轴线组成的两自由度移动平面的法线为静平台转动副轴线b所示方向；如图3所示，所述第三静平台转动副轴线f、所述第三中间转动副轴线g和所述第三虎克铰链远架轴线h彼此平行，所述第三虎克铰链近架轴线i通过动平台中心点P，故所述第三主动支链4两自由度转动中心为动平台中心点P，两自由度移动平面的法线为第三静平台转动副轴线f所示方向；由于所述从动虎克铰链中心点与动平台中心点P重合，在从动转动副7和从动虎克铰链8共同作用下，从动支链5的三转动中心为动平台中心点P。由于第一主动支链2和所述第二主动支链3的三转动中心、所述第三主动支链4的两转动中心和从动支链5的三转动中心均为动平台中心点P，又由于所述从动支链5不具有空间移动能力，故所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4的两自由度移动能力被所述从动支链5限制，故在所述第一主动支链2、所述第二主动支链3、所述第三主动支链4和从动支链5共同作用下，所述动平台6可实现绕动平台中心点P的空间两自由度转动。(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 bodydisplacements,a fundamental tool for mechanism design.Mech Mach Theory 1999；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.”)

本发明的一种新型面对称两转动并联机构由三条主动支链和一条从动支链组成，三条主动支链相对静平台中心轴线成120度对称分布，且第一主动支链与第二主动支链具有相同的支链结构，故该机构具有面对称的机械结构与对称的机械性能。本发明的一种新型面对称两转动并联机构具有中间从动支链，该支链加强了机构的支撑刚度，可满足卫星追踪定位，机器人手臂姿态调整等对于机构刚度的需求。

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)

1.一种新型面对称两转动并联机构,其特征在于：它包括静平台、动平台和连接动、静平台的第一主动支链、第二主动支链、第三主动支链及从动支链，三条主动支链相对静平台中心轴线成120度对称分布，在所述静平台外圆周上设置有环形导轨；

所述第一主动支链与所述第二主动支链具有相同的机械结构，均包括滑块，所述静平台的环形导轨与滑块滑动连接，所述滑块通过安装在滑块上的静平台转动副与下连杆一端转动连接，所述下连杆另一端通过中间转动副与上连杆一端转动连接，所述上连杆另一端通过动平台虎克铰链与动平台转动连接，所述第一主动支链的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和动平台虎克铰链远架轴线彼此平行，所述第二主动支链的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和动平台虎克铰链远架轴线彼此平行，两个动平台虎克铰链近架轴线与静平台中心线汇交于动平台中心点；

所述的第三主动支链包括固定在静平台上的第三静平台转动副，所述的第三静平台转动副与第三下连杆一端转动连接，所述第三下连杆另一端通过第三中间转动副与第三上连杆一端转动连接，所述第三上连杆另一端通过第三虎克铰链与动平台转动连接，所述第三静平台转动副轴线、第三中间转动副轴线和第三虎克铰链远架轴线彼此平行，所述第三虎克铰链近架轴线通过动平台中心点；

所述从动支链包括固定在所述静平台上的从动转动副，所述的静平台通过从动转动副与从动虎克铰链转动连接，所述从动虎克铰链的近架轴两端与动平台内环壁转动连接，所述从动虎克铰链中心点与动平台中心点重合，所述从动转动副轴线与静平台中心轴线重合。