CN104476540B - 一种新型双环形导轨两转动并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型双环形导轨两转动并联机构,它包括静平台和动平台，在的静平台和动平台之间连接有从动支链、第一主动支链以及第二主动支链，动平台包括主动环形导轨，在的主动环形导轨的内壁周向上固定有从动环形导轨，从动环形导轨的上、下面的对称中心平面与主动环形导轨的上、下面的对称中心平面彼此重合，且从动环形导轨中心点和主动环形导轨中心点重合形成动平台中心点，从动环形导轨中心轴线和主动环形导轨中心轴线相互重合，采用本装置各支链内部转动中心点彼此重合，从动支链限制主动支链移动能力，机构从动支链连接静平台与动平台，可以为机构提供优越的铅垂方向的刚度性能，由于引入环形导轨，机构更易于实现两自由度大角度转动。

Description

一种新型双环形导轨两转动并联机构

技术领域

本发明涉及两转动并联机构，主要涉及新型双环形导轨两转动并联机构。

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。上述应用领域均要求转动并联机构具有转动角度大，运动灵活，易于装配等优点，除此之外，为了更好的支撑卫星，机器人手臂，手术器械等实现定位追踪，姿态调整等操作，两转动并联机构必须具有一定的刚度性能。

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，杆件间易发生干涉，无法实现大角度转动，如专利CN102079090A和CN102294693A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，限制了机构的转动能力和运动灵活性；2)已有机构无法提供足够的刚度以完成所需操作，如专利CN102126212A和CN103624559A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，提供一种转动角度大，刚度性能优越、可以支撑卫星，机器人手臂等完成追踪定位等操作的新型双环形导轨两转动并联机构。

本发明的一种新型双环形导轨两转动并联机构，它包括静平台和动平台，在所述的静平台和动平台之间连接有从动支链、第一主动支链以及第二主动支链，所述动平台包括主动环形导轨，在所述的主动环形导轨的内壁周向上固定有从动环形导轨，所述从动环形导轨的上、下面的对称中心平面与所述主动环形导轨的上、下面的对称中心平面彼此重合，且从动环形导轨中心点和所述主动环形导轨中心点重合形成动平台中心点，所述从动环形导轨中心轴线和主动环形导轨中心轴线相互重合；

所述从动支链包括从动杆，在所述的从动杆顶部固定有从动虎克铰链，所述从动虎克铰链包括近架轴和远架轴，所述静平台通过从动杆与从动虎克铰链近架轴连接，所述远架轴两端各自与一个从动滑块连接，所述从动滑块与从动环形导轨滑动连接，所述从动虎克铰链中心点与动平台中心点重合；

所述第一主动支链和第二主动支链均包括固定在静平台上的静平台转动副，下连杆一端通过静平台转动副与静平台转动连接并且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虎克铰链与一个主动滑块连接，第一主动支链中的主动滑块与主动环形导轨滑动连接，第二主动支链中的主动滑块与主动环形导轨固定连接；其中第一主动支链中的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和虎克铰链远架轴线彼此平行，第二主动支链中的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和虎克铰链远架轴线彼此平行，第一、二主动支链的虎克铰链近架轴线均通过动平台中心点。

本发明的优点：

本发明的一种新型双环形导轨两转动并联机构，各支链内部转动中心点彼此重合，从动支链限制主动支链移动能力，机构从动支链连接静平台与动平台，可以为机构提供优越的铅垂方向的刚度性能，由于引入环形导轨，机构更易于实现两自由度大角度转动，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是本发明的一种新型双环形导轨两转动并联机构的结构示意图；

图2是图1所示的机构中的动平台的结构示意图；

图3是图1所示的机构中的从动支链的结构示意图；

图4是图1所示的机构中的第一主动支链的结构示意图；

图5是图1所示的机构中的第二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从动支链4从动虎克铰链5从动滑块6动平台7从动环形导轨7-1主动环形导轨7-2第一静平台转动副8第一下连杆9第一中间转动副10第一上连杆11第一虎克铰链12主动滑块13第二静平台转动副14第二下连杆15第二中间转动副16第二上连杆17第二虎克铰链18从动杆19动平台中心点P动平台中心轴线a第一静平台转动副轴线b第一中间转动副轴线c第一虎克铰链远架轴线d第一虎克铰链近架轴线e第二静平台转动副轴线f第二中间转动副轴线g第二虎克铰链远架轴线h第二虎克铰链近架轴线i主动环形导轨等效转动副aa

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。

如附图所示本发明的一种新型双环形导轨两转动并联机构，它包括静平台1和动平台7，在所述的静平台1和动平台7之间连接有从动支链4、第一主动支链2以及第二主动支链3，所述动平台包括主动环形导轨7-2，在所述的主动环形导轨的内壁周向上固定有从动环形导轨7-1，所述从动环形导轨的上、下面的对称中心平面与所述主动环形导轨的上、下面的对称中心平面彼此重合，且从动环形导轨中心点和所述主动环形导轨中心点重合形成动平台中心点，所述从动环形导轨中心轴线和主动环形导轨中心轴线相互重合；

所述从动支链包括从动杆19，在所述的从动杆顶部固定有从动虎克铰链5，所述从动虎克铰链包括近架轴和远架轴，所述静平台通过从动杆与从动虎克铰链近架轴连接，所述远架轴两端各自与一个从动滑块连接，所述从动滑块与从动环形导轨7-1滑动连接，所述从动虎克铰链中心点与动平台中心点重合；

所述第一主动支链和第二主动均包括固定在静平台上的静平台转动副，下连杆一端通过静平台转动副与静平台转动连接并且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虎克铰链与一个主动滑块连接，第一主动支链中的主动滑块与主动环形导轨滑动连接，第二主动支链中的主动滑块与主动环形导轨固定连接；其中第一主动支链中的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和虎克铰链远架轴线彼此平行，第二主动支链中的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和虎克铰链远架轴线彼此平行，第一、二主动支链的虎克铰链近架轴线均通过动平台中心点。

下面再结合每一幅图对本发明加以详细说明。

如图1所示，本发明的一种新型双环形导轨两转动并联机构由静平台1、动平台7和连接动、静平台的第一主动支链2、第二主动支链3及从动支链4构成。

如图1和图2所示，所述动平台7由从动环形导轨7-1和主动环形导轨7-2固结组成。所述从动环形导轨7-1与从动滑块6滑动连接，所述主动环形导轨7-2与第一主动支链的主动滑块13滑动连接，从而从动滑块6和主动滑块13可沿环形轨道实现圆周连续移动。所述从动环形导轨7-1上下面的对称中心平面与所述主动环形导轨7-2上下面的对称中心平面彼此重合，且所述从动环形导轨7-1中心点和所述主动环形导轨7-2中心点重合，即为动平台中心点P；所述从动环形导轨中心轴线和所述主动环形导轨中心轴线相互重合，即为动平台中心轴线，以轴线a表示。

如图1和图3所示，所述从动支链4由从动杆19，从动虎克铰链5和从动滑块6组成。所述从动虎克铰链5包括近架轴和远架轴，所述静平台1通过从动杆19与所述从动虎克铰链5的近架轴连接，所述远架轴与所述从动滑块6连接，所述从动滑块6与所述动平台7从动环形导轨滑动连接。所述从动虎克铰链中心点与动平台中心点P重合。

如图1和图4所示，所述第一主动支链2由第一静平台转动副8，第一下连杆9，第一中间转动副10，第一上连杆11，第一虎克铰链12和主动滑块13组成。所述静平台1通过所述第一静平台转动副8与所述第一下连杆9一端连接，所述第一下连杆9另一端通过所述第一中间转动副10与所述第一上连杆11一端连接，所述第一上连杆11另一端通过所述第一虎克铰链12与所述主动滑块13连接，所述主动滑块13与动平台7主动环形导轨滑动连接。所述第一静平台转动副轴线b、所述第一中间转动副轴线c和所述第一虎克铰链远架轴线d彼此平行，所述第一虎克铰链近架轴线e通过动平台中心点P。

如图1和图5所示，所述第二主动支链3包括第二静平台转动副14，第二下连杆15，第二中间转动副16，第二上连杆17和第二虎克铰链18以及一个主动滑块。所述静平台1通过所述第二静平台转动副14与所述第二下连杆15一端连接，所述第二下连杆15另一端通过所述第二中间转动副16与所述第二上连杆17一端连接，所述第二上连杆17另一端通过所述第二虎克铰链18与一个主动滑块连接，所述的主动滑块与动平台7固定连接。所述第二静平台转动副轴线f、所述第二中间转动副轴线g和所述第二虎克铰链远架轴线h彼此平行，所述第二虎克铰链近架轴线i通过动平台中心点P。

以所述第一静平台转动副8和第二静平台转动副14为输入驱动，本发明的一种新型双环形导轨两转动并联机构可实现空间两自由度转动。如图1-图3所示，所述从动环形导轨7-1及从动滑块6结构上可等同于转动副，该等效转动副通过动平台中心点P、方向为动平台中心轴线a，结合从动虎克铰链5，所述从动支链4具有空间三自由度转动能力，即可绕动平台中心轴线a和从动虎克铰链5的两条转动轴线实现三自由度转动。由于从动虎克铰链5的中心点为P，故从动支链4的三自由度转动中心为动平台中心点P。

如图1和图4所示，所述主动环形导轨及主动滑块13结构上可等同于转动副，该等效转动副轴线aa通过动平台中心点P、方向为动平台中心轴线a，结合所述第一静平台转动副8、所述第一中间转动副10和所述第一虎克铰链12，所述第一主动支链2具有空间三自由度转动和两自由度移动能力，所述第一静平台转动副轴线b、所述第一中间转动副轴线c和所述第一虎克铰链远架轴线d彼此平行，所述等效转动副轴线aa与所述第一虎克铰链近架轴线e交于动平台中心点P，故所述第一主动支链2的三条转动轴线分别与第一静平台转动副轴线b、等效转动副轴线aa和第一虎克铰链近架轴线e平行。综上所述，第一主动支链2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为空间内任意两条垂直于第一静平台转动副轴线b的互不平行的直线。

如图1和图5所示，所述第二静平台转动副14、所述第二中间转动副16和所述第二虎克铰链18作用下，所述第二主动支链3具有空间两自由度转动能力和两自由度移动能力。由于所述第二静平台转动副轴线f、所述第二中间转动副轴线g和所述第二虎克铰链远架轴线h彼此平行，所述第二虎克铰链近架轴线i通过动平台中心点P，故第二主动支链3的两转动中心为动平台中心点P，其两自由度转动轴线分别与第二虎克铰链远架轴线h及第二虎克铰链近架轴线i平行，其两自由度移动轴线为空间内任意两条垂直于所述第二静平台转动副轴线f的互不平行的直线。

由于所述第一主动支链2的三转动中心、所述第二主动支链3的两转动中心和所述从动支链4的三转动中心均为动平台中心点P，故所述动平台7可实现中心点为P的空间两自由度转动，其两转动中心为动平台中心点P，两自由度转动轴线分别与第二虎克铰链远架轴线h及第二虎克铰链近架轴线i平行。同时，在所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述从动支链4共同作用下，所述第一主动支链2和所述第二主动支链3的两自由度移动能力被从动支链4限制，故所述动平台7仅能够实现绕动平台中心点P，转动轴线分别与第二虎克铰链远架轴线h及第二虎克铰链近架轴线i平行的两自由度转动。(有关转动中心点与移动平面的定义可详见文献“HervéJM.TheLiegroupofrigidbodydisplacements,afundamentaltoolformechanismdesign.MechMachTheory1999；34:719-730.”(HervéJM.刚***移李子群,机械设计基础工具.机械原理1999；34:719-730.”)

本专利设计的一种新型双环形导轨两转动并联机构的动平台由主动环形导轨和从动环形导轨构成。环形导轨具有整周回转能力，可消除机构杆件间干涉等因素的影响，使得机构具有大范围转动能力。本发明的一种新型双环形导轨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)

1.一种新型双环形导轨两转动并联机构，它包括静平台和动平台，其特征在于：在所述的静平台和动平台之间连接有从动支链、第一主动支链以及第二主动支链，所述动平台包括主动环形导轨，在所述的主动环形导轨的内壁周向上固定有从动环形导轨，所述从动环形导轨的上、下面的对称中心平面与所述主动环形导轨的上、下面的对称中心平面彼此重合，且从动环形导轨中心点和所述主动环形导轨中心点重合形成动平台中心点，所述从动环形导轨中心轴线和主动环形导轨中心轴线相互重合；

所述从动支链包括从动杆，在所述的从动杆顶部固定有从动虎克铰链，所述从动虎克铰链包括近架轴和远架轴，所述静平台通过从动杆与从动虎克铰链近架轴连接，所述远架轴两端各自与一个从动滑块连接，所述从动滑块与从动环形导轨滑动连接，所述从动虎克铰链中心点与动平台中心点重合；

所述第一主动支链和第二主动支链均包括固定在静平台上的静平台转动副，下连杆一端通过静平台转动副与静平台转动连接并且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虎克铰链与一个主动滑块连接，第一主动支链中的主动滑块与主动环形导轨滑动连接，第二主动支链中的主动滑块与主动环形导轨固定连接；其中第一主动支链中的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和虎克铰链远架轴线彼此平行，第二主动支链中的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和虎克铰链远架轴线彼此平行，第一、二主动支链的虎克铰链近架轴线均通过动平台中心点。