CN106272353A - 一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构 - Google Patents

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叶伟
李秦川
柴馨雪
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0033—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a prismatic joint at the base

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Abstract

本发明涉及一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构。目的是提供的机构具有运动范围大、精度高、刚度好、结构紧凑等优点。技术方案是：一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：该并联机构包括机架、动平台以及三个柔性传动链，每个柔性传动链包括依序连接在动平台与机架之间的一个柔性分支及一个精密滚珠丝杠副；每个柔性分支通过安装块与精密滚珠丝杠副中的滑台相连；每个柔性分支包括依序连接在动平台与安装块之间的第二柔性转动副、连杆以及第一柔性转动副。三个精密滚珠丝杠副中，三个丝杠可转动地定位在机架上且三个丝杠的轴线呈等边三角形布置。

Description

一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体是一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构。
背景技术
传统的刚性机构是通过运动副与杆件的连接实现其运动和功能，运动副中不可避免的间隙与摩擦影响了机构的操作精度。而柔顺机构主要依靠柔性单元的变形来传递运动、力和能量，具有操作精度高、重量轻、摩擦小、可整体化加工、装配少等优点。特别的，并联式的布置可以改善柔顺机构的一些不足，进一步提升机构的性能，比如可以限制柔性铰链误差的累积放大、增强整体结构刚度、结构紧凑、驱动装置固定带来动态性能的改善等。因此，并联式的柔顺机构得以研发，而平面三自由度柔顺并联机构是其中重要的一类，被广泛应用于精密工程、机器人等领域。
现有的平面三自由度柔顺并联机构发明公布专利(如CN 104110561A、CN1645518A、CN 103021472 A)采用的都是压电陶瓷驱动，压电陶瓷驱动器具有响应速度快、定位精度高等优点，但是其位移改变量小，最大为微米数量级。因此，一般都需要位移放大机构来放大其行程，比如杠杆型放大机构或桥型放大机构。但是这些机构放大效果有限，且增加了结构的复杂程度。因此，提出一种运动范围大、精度高的平面三自由度柔顺并联机构很有必要。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服现有技术的不足，提出一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，该机构具有运动范围大、精度高、刚度好、结构紧凑等优点。
本发明提供的技术方案是：
一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：该并联机构包括机架、动平台以及三个柔性传动链，每个柔性传动链包括依序连接在动平台与机架之间的一个柔性分支及一个精密滚珠丝杠副；每个柔性分支通过安装块与精密滚珠丝杠副中的滑台相连；
每个柔性分支包括依序连接在动平台与安装块之间的第二柔性转动副、连杆以及第一柔性转动副。
三个精密滚珠丝杠副中，三个丝杠可转动地定位在机架上且三个丝杠的轴线呈等边三角形布置。
在未变形的情况下，三个连杆中，两两连杆之间的轴线呈120度布置。
所述三个精密滚珠丝杠的驱动为伺服电机；伺服电机依序带动丝杠及滑台后实现并联机构的驱动。
一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：该并联机构包括：动平台、机架以及三个柔性传动链，每个柔性传动链包括依序连接在动平台与机架之间的一个柔性分支及一个精密滚珠丝杠副；每个柔性分支通过安装板与精密滚珠丝杠副上的滑台相连；
每个柔性分支包括依序连接在动平台与安装块之间的第三柔性转动副、主连杆以及并联连接的第一副连杆与第二副连杆；第一副连杆的一端通过第四柔性转动副与安装板连接，另一端通过第五柔性转动副与主连杆连接；第二副连杆的一端通过第六柔性转动副与安装板连接，另一端通过第七柔性转动副与主连杆连接。
所述主连杆、第一副连杆、第二副连杆和安装块形成一个平行四边形机构。
三个精密滚珠丝杠副中，三个丝杠可转动地定位在机架上且三个丝杠的轴线呈等边三角形布置。
在未变形的情况下，三个主连杆中，两两主连杆之间的轴线呈120度分布。
所述三个精密滚珠丝杠的驱动为伺服电机，伺服电机依序带动丝杠及滑台后实现并联机构的驱动。
本发明的有益效果是：本发明提出的柔顺并联机构可以实现平面内的两个移动和一个转动运动，结构完全对称，具有运动范围大、精度高、制造成本低、装配简单、刚度好等优点，可用于精密工程、机器人等领域。
附图说明
图1为本发明实施例一的立体结构示意图。
图2为本发明实施例二的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例一，如图1所示：一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，包括机架1、动平台2、连接动平台和机架的三个柔性传动链；每个柔性传动链包括一个柔性分支和一个精密滚珠丝杠副，每个柔性分支还通过安装块3与精密滚珠丝杠副上的滑台5相连。
每个柔性分支包括依序连接在动平台和安装块之间的第二柔性转动副7、连杆6以及第一柔性转动副8。
三个连杆通过第二柔性转动副7与动平台相连，在未变形的情况下，两两连杆之间的轴线呈120度布置。
每个柔性分支通过安装块与精密滚珠丝杠副上的滑台相连，在未变形的情况下，其中的连杆方向不垂直于相应的丝杠方向。三个精密滚珠丝杠副中的丝杠可转动地安装在机架上，三个丝杠的轴线构成一个等边三角形。
本实施例中，驱动为三个精密滚珠丝杠上的伺服电机，由伺服电机依序带动丝杆及滑台实现驱动；当伺服电机运动时，机构作平面三自由度运动。
实施例二，如图2所示：一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，包括机架1、动平台2、连接动平台和机架的三个柔性传动链；每个柔性传动链包括一个柔性分支和一个精密滚珠丝杠副；每个柔性分支通过安装板19与精密滚珠丝杠副上的滑台5相连。
每个柔性分支包括一根主连杆11、第一副连杆12、第二副连杆13、位于主连杆一端的第三柔性转动副14、位于第一副连杆两端的第四柔性转动副15和第五柔性转动副16、位于第二副连杆两端的第六柔性转动副17和第七柔性转动副18。所述第一副连杆通过第四柔性转动副连接到安装板上、通过第五柔性转动副连接到主连杆上；所述第二副连杆通过第六柔性转动副连接到安装板上、通过第七柔性转动副连接到主连杆上。所述主连杆、第一副连杆、第二副连杆和安装板形成一个平行四边形机构。在未变形的情况下，其中的第一副连杆的轴线与第二副连杆的轴线平行于相应精密滚珠丝杠副中的丝杠轴线。
在未变形的情况下，三个柔性分支的三个主连杆中，两两主连杆之间的轴线呈120度分布。
三个精密滚珠丝杠副中，三个丝杠可转动地定位在机架上且三个丝杠的轴线呈等边三角形布置。
本实施例中，各柔性转动副为柔性材料制成，所述柔性材料优选铍青铜、钛合金、聚丙烯、弹簧钢等；驱动为三个精密滚珠丝杠上的伺服电机，由伺服电机依序带动丝杆及滑台实现驱动；当伺服电机运动时，机构作平面三自由度运动。

Claims (9)

1.一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：该并联机构包括机架(1)、动平台(2)以及三个柔性传动链，每个柔性传动链包括依序连接在动平台与机架之间的一个柔性分支及一个精密滚珠丝杠副；每个柔性分支通过安装块(3)与精密滚珠丝杠副中的滑台(5)相连；
每个柔性分支包括依序连接在动平台与安装块之间的第二柔性转动副(7)、连杆(6)以及第一柔性转动副(8)。
2.根据权利要求1所述的大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：三个精密滚珠丝杠副中，三个丝杠可转动地定位在机架上且三个丝杠的轴线呈等边三角形布置。
3.根据权利要求1或2所述的大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：在未变形的情况下，三个连杆中，两两连杆之间的轴线呈120度布置。
4.根据权利要求3所述的大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：所述三个精密滚珠丝杠的驱动为伺服电机，伺服电机依序带动丝杠及滑台后实现并联机构的驱动。
5.一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：该并联机构包括：动平台(2)、机架(1)以及三个柔性传动链，每个柔性传动链包括依序连接在动平台与机架之间的一个柔性分支及一个精密滚珠丝杠副；每个柔性分支通过安装板(19)与精密滚珠丝杠副上的滑台(5)相连；
每个柔性分支包括依序连接在动平台与安装块之间的第三柔性转动副(14)、主连杆(11)以及并联连接的第一副连杆(12)与第二副连杆(13)；第一副连杆的一端通过第四柔性转动副(15)与安装板连接，另一端通过第五柔性转动副(16)与主连杆连接；第二副连杆的一端通过第六柔性转动副(17)与安装板连接，另一端通过第七柔性转动副(18)与主连杆连接。
6.根据权利要求5所述的大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：每个柔性分支中，主连杆、第一副连杆、第二副连杆和安装板形成一个平行四边形机构。
7.根据权利要求5或6所述的大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：三个精密滚珠丝杠副中，三个丝杠可转动地定位在机架上且三个丝杠的轴线呈等边三角形布置。
8.根据权利要求7所述的大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：在未变形的情况下，三个主连杆中，两两主连杆之间的轴线呈120度分布。
9.根据权利要求8所述的大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构，其特征在于：所述三个精密滚珠丝杠的驱动为伺服电机，伺服电机依序带动丝杠及滑台后实现并联机构的驱动。
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