CN104626130A - 一种变拓扑四自由度并联机构 - Google Patents

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季晔
梁莉
李豪
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Abstract

本发明公开了一种变拓扑四自由度并联机构，包括机架、动平台以及机架与动平台之间的四条支链，四条支链的两端均通过球铰结构连接机架与动平台，四条支链结构均完全相同，四条支链呈矩形分布在机架与动平台之间；机架与动平台之间还设有第五支链，本发明通过四个支链控制动平台运动，结构简单易于实现，仅改变第五支链即可完成机构运动平台自由度的变化，动平台可作为末端执行器，用于完成抓取、搬运及减震装置等工作，通过简单的拓扑变换得到多功能机构更具实用性，提高了机构使用效率。

Description

一种变拓扑四自由度并联机构
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种变拓扑四自由度并联机构。
背景技术
并联机构具有刚度大、承载能力强、累积误差小、控制精度高等诸多优点，是近几年来机构学研究的热的，少自由度并联机构以结构简单，制造和控制成本相对较低等引起学术界的广泛关注，四自由度并联机构以其良好的运动特性能够满足并联机床的工作需求，四自由度并联机构可以作为机床、减震装置和振动筛等设备的原型，具有结构紧凑、设计制造和控制成本低等优点。目前现有技术中，利用型综合方法，得到由简单串联链组成、无冗余支链、对称的且各向同性的四自由度并联机构，但是这样的机构构型是很有限的，不能得到有效的使用，且机构复杂成本高。
发明内容
为解决上述技术中存在的这一问题，本发明提供了一种通过简单的拓扑变换得到的多功能机构，更具实用性，可提高了机构使用效率的变拓扑四自由度并联机构。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案为：一种变拓扑四自由度并联机构，包括机架、动平台以及机架与动平台之间的四条支链，四条支链的两端均通过球铰结构连接机架与动平台，第一支链包括与动平台连接的连杆L11以及与机架连接的连杆L12，在连杆L11上与连杆L12连接的一端设有滑块，滑块能够嵌套在连杆L12上并滑动，第二支链、第三支链、第四支链和第一支链结构均完全相同，四条支链呈矩形分布在机架与动平台之间；机架与动平台之间还设有第五支链，第五支链包括连杆L51、连杆L52和连杆L53，连杆L51的一端通过的转动副与动平台连接，该转动副以y方向为轴心转动，连杆L51的另一端通过能够沿z方向移动的第一移动副连接连杆L52的一端，连杆L52的另一端通过能够沿y方向移动的第二移动副连接连杆L53的一端，连杆L53的另一端通过能够沿x方向移动的第三移动副连接机架。
作为一种优选方案，所述第五支链包括连杆L51和连杆L52，连杆L51的一端通过虎克铰与动平台相连，连杆L51的另一端通过能够沿z方向移动的第一移动副连接连杆L52的一端，连杆L52的另一端通过能够沿x方向移动的第三移动副连接机架。
作为另一种优选方案，所述第五支链包括连杆L51和连杆L52，连杆L51的一端通过球副与动平台相连，连杆L51的另一端通过能够沿z方向移动的第一移动副连接连杆L52的一端，连杆L52的另一端固定连接机架。
收益效果：相对于现有技术本发明通过四个支链控制动平台运动，结构简单易于实现，仅改变第五支链即可完成机构运动平台自由度的变化，动平台可作为末端执行器，用于完成抓取、搬运及减震装置等工作，通过简单的拓扑变换得到多功能机构更具实用性，提高了机构使用效率。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明结构简图。
图3是本发明第二种形式的结构简图。
图4是本发明第三种形式的结构简图。
图示标记，L11、第一支链中的第一个连杆，L12、第一支链中的第二个连杆，L51、第五支链中的第一个连杆，L52、第五支链中的第二个连杆，L53、第五支链中的第三个连杆，1、动平台，2、机架，3、滑块，4、转动副，5、第一移动副，6、第二移动副，7、第三移动副，8、虎克铰，9、球副。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1如图2所示，一种变拓扑四自由度并联机构，包括机架2、动平台1以及机架2与动平台1之间的四条支链，四条支链的两端均通过球铰结构连接机架2与动平台1，第一支链包括与动平台1连接的连杆L11以及与机架2连接的连杆L12，在连杆L11上与连杆L12连接的一端设有滑块3，滑块3能够嵌套在连杆L12上并滑动，第二支链、第三支链、第四支链和第一支链结构均完全相同，四条支链呈矩形分布在机架2与动平台1之间，四条支链作为驱动支链，动平台1可以作为末端执行器，通过驱动支链的驱动用于完成抓取、搬运及减震装置等工作。
所示，机架2与动平台1之间还设有第五支链，第五支链作为从动支链，所述第五支链包括连杆L51、连杆L52和连杆L53，连杆L51的一端通过转动副4与动平台1连接，该转动副4能够以y方向为轴心转动的连杆L51的另一端通过能够沿z方向移动的第一移动副5连接连杆L52的一端，连杆L52的另一端通过能够沿y方向移动的第二移动副6连接连杆L53的一端，连杆L53的另一端通过能够沿x方向移动的第三移动副7连接机架2。第五支链与四个支链形成三移动一转动的四自由度并联机构。
本装置通过对第五支链简单的改变，还可与四个支链形成两移动两转动的四自由度并联机构，如图3所示，所述第五支链包括连杆L51和连杆L52，连杆L51的一端通过虎克铰8与动平台1相连，连杆L51的另一端通过能够沿z方向移动的第一移动副5连接连杆L52的一端，连杆L52的另一端通过能够沿x方向移动的第三移动副7连接机架2。
此外，第五支链还可四个支链形成一移动三转动的四自由度并联机构，如图4所示，所述第五支链包括连杆L51和连杆L52，连杆L51的一端通过球副9与动平台1相连，连杆L51的另一端通过能够沿z方向移动的第一移动副5连接连杆L52的一端，连杆L52的另一端固定连接机架2。
本发明未叙述部分为现有技术。

Claims (3)

1.一种变拓扑四自由度并联机构，其特征在于：包括机架（2）、动平台（1）以及机架（2）与动平台（1）之间的四条支链，四条支链的两端均通过球铰结构连接机架（2）与动平台（1），第一支链包括与动平台（1）连接的连杆L11以及与机架（2）连接的连杆L12，在连杆L11上与连杆L12连接的一端设有滑块（3），滑块（3）能够嵌套在连杆L12上并滑动，第二支链、第三支链、第四支链和第一支链结构均完全相同，四条支链呈矩形分布在机架（2）与动平台（1）之间；机架（2）与动平台（1）之间还设有第五支链，第五支链包括连杆L51、连杆L52和连杆L53，连杆L51的一端通过的转动副（4）与动平台（1）连接，该转动副（4）以y方向为轴心转动，连杆L51的另一端通过可沿z方向移动的第一移动副（5）连接连杆L52的一端，连杆L52的另一端通过可沿y方向移动的第二移动副（6）连接连杆L53的一端，连杆L53的另一端通过能够沿x方向移动的第三移动副（7）连接机架（2）。
2.根据权利要求1所述的一种变拓扑四自由度并联机构，其特征在于：所述第五支链包括连杆L51和连杆L52，连杆L51的一端通过虎克铰（8）与动平台（1）相连，连杆L51的另一端通过能够沿z方向移动的第一移动副（5）连接连杆L52的一端，连杆L52的另一端通过能够沿x方向移动的第三移动副（7）连接机架（2）。
3.根据权利要求1所述的一种变拓扑四自由度并联机构，其特征在于：所述第五支链包括连杆L51和连杆L52，连杆L51的一端通过球副（9）与动平台（1）相连，连杆L51的另一端通过能够沿z方向移动的第一移动副（5）连接连杆L52的一端，连杆L52的另一端固定连接机架（2）。
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