CN106313017A - 一种提升负载能力的两自由度并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提升负载能力的两自由度并联机构，包括机架、动平台和连接在机架和动平台之间的第一支脚、第二支脚和第三支脚，第二支脚和第三支脚均可伸缩，第一支脚的下部通过一第一球形铰链转动安装在机架上，第一支脚的上部通过一第一转轴转动安装在动平台上，第二支脚的下部通过一十字连接件转动安装在机架上，第二支脚的上部通过一第二球形铰链转动连接在动平台上，第三支脚的下部通过一第四转轴转动安装在机架上，第三支脚的上部通过一第五转轴转动安装在动平台上；本发明的机构刚度高，承载能力强，几何结构简单，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及并联机构技术领域，尤其涉及一种提升负载能力的两自由度并联机构。
背景技术
并联机构具有高刚度、高精度及大承载能力的优点，研究人员已发明出大量并联机构，但是大部分为三自由度和六自由度并联机构，涉及到两自由度并联机构的发明专利很少。而且，一般的两自由度并联机构为两支链结构，承载能力较弱，虽然有些两自由度并联机构为三支链结构，但是由于运动副分布不够合理，导致各分支所受应力分配不匀，某些分支承受较大应力，耗损较大，而且有些机构运动副的结构太复杂，装配十分困难，操作不便。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种结构简单、承载能力强、装配简便且能有效提升负载能力的两自由度并联机构。
本发明提供一种提升负载能力的两自由度并联机构，包括机架和动平台，所述两自由度并联机构还包括连接在机架和动平台之间的第一支脚、第二支脚和第三支脚，所述第二支脚和第三支脚均可伸缩，所述第一支脚的下部通过一第一球形铰链转动安装在所述机架上，所述第一支脚的上部通过一第一转轴转动安装在所述动平台上，所述第二支脚的下部通过一十字连接件转动安装在所述机架上，所述十字连接件包括相互垂直的第二转轴和第三转轴，所述第二支脚可分别绕所述第二转轴和第三转轴转动，所述第二支脚的上部通过一第二球形铰链转动连接在所述动平台上，所述第三支脚的下部通过一第四转轴转动安装在所述机架上，所述第三支脚可绕所述第四转轴转动，所述第三支脚的上部通过一第五转轴转动安装在所述动平台上。
进一步地，所述机架上固定有呈等边三角形分布的第一基座、第二基座和第三基座，所述第一球形铰链转动连接所述第一基座，所述第二转轴转动连接所述第二基座，所述第四转轴转动连接所述第三基座。
进一步地，所述动平台上固定有呈等边三角形分布的第四基座、第五基座和第六基座，所述第一转轴转动连接所述第四基座，所述第二球形铰链转动连接所述第五基座，所述第五转轴转动连接所述第六基座。
进一步地，所述第一支脚包括一约束杆，所述约束杆不能伸缩，所述第二支脚包括第一驱动杆和第二驱动杆，所述第二驱动杆通过第一移动副在所述第一驱动杆内做伸缩运动，所述第三支脚包括第三驱动杆和第四驱动杆，所述第四驱动杆通过第二移动副在所述第三驱动杆内做伸缩运动。
进一步地，所述第三转轴的轴线与所述第一移动副的轴线垂直，所述第四转轴的轴线与所述第五转轴的轴线平行且与所述第二移动副的轴线垂直，所述第一转轴的轴线与所述第五转轴的轴线平行。
进一步地，所述第一移动副和所述第二移动副分别被驱动，所述第一支脚、所述第二支脚和所述第三支脚共同控制所述动平台的位置和姿态，实现一个转动自由度和一个移动自由度：转动自由度的转轴是经过第一球形铰链的球心且平行于第一转轴轴线的方向，移动自由度的移动方向是沿第一转轴轴线与约束杆轴线组成的平面的法线方向。
进一步地，所述第一移动副和所述第二移动副均作为主动驱动运动副，驱动方式为电机驱动或液压缸驱动。
本发明的技术方案带来的有益效果是：本发明的两自由度并联机构包括三个支脚，机构刚度高，承受能力强，几何结构简单，装配简单方便，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明两自由度并联机构的结构示意图。
图2是本发明两自由度并联机构运动后的结构示意图。
图中：1-机架，11-第一基座，12-第二基座，13-第三基座，2-动平台，21-第四基座，22-第五基座，23-第六基座，3-第一支脚，31-第一球形铰链，32-约束杆，33-第一转轴，4-第二支脚，41-十字连接件，411-第二转轴，412-第三转轴，42-第一驱动杆，43-第一移动副，44-第二驱动杆，45-第二球形铰链，5-第三支脚，51-第四转轴，52-第三驱动杆，53-第二移动副，54-第四驱动杆，55-第五转轴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种提升负载能力的两自由度并联机构，包括机架1、动平台2以及机架1和动平台2之间并联的第一支脚3、第二支脚4和第三支脚5，机架1上固定有呈等边三角形分布的第一基座11、第二基座12和第三基座13，动平台2下侧固定有呈等边三角形分布的第四基座21、第五基座22和第六基座23。
第一支脚3包括约束杆32，约束杆32不能伸缩，约束杆32的下端通过第一球形铰链31转动连接第一基座11，约束杆32的上端通过第一转轴33转动连接第四基座21，因此，约束杆32的下端以第一球形铰链31的连接点为支点在第一球形铰链31约束的空间范围内进行转动，约束杆32的上端可以绕第一转轴33转动。
第二支脚4包括十字连接件41、第一驱动杆42和第二驱动杆44。第一驱动杆42的下端通过一十字连接件41转动连接第二基座12，十字连接件41包括相互垂直的第二转轴411和第三转轴412，因此，第一驱动杆42可以分别绕第二转轴411和第三转轴412转动。第一驱动杆42通过第一移动副43连接第二驱动杆44，第一驱动杆42（缸筒）为中空，第二驱动杆44（活塞杆）通过第一移动副43在第一驱动杆42内做伸缩运动，从而调节第二支脚4的高度。第二驱动杆44的上端通过第二球形铰链45转动连接第五基座22，第二驱动杆44以第二球形铰链45的连接点为支点在第二球形铰链45约束的空间范围内进行转动。其中，第三转轴412的轴线与第一移动副43的轴线垂直。
第三支脚5包括第四转轴51、第三驱动杆52和第四驱动杆54。第三驱动杆52的下端通过第四转轴51转动连接第三基座13，因此，第三驱动杆52可以绕第四转轴51转动。第三驱动杆52（缸筒）为中空，第三驱动杆52（活塞杆）通过第二移动副53连接第四驱动杆54，第四驱动杆54可在第三驱动杆52内做伸缩运动，从而调节第三支脚5的高度。第四驱动杆54的上端通过第五转轴55转动连接第六基座23，第四驱动杆54可以绕第五转轴55转动。其中，第四转轴51的轴线与第五转轴55的轴线平行，且与第二移动副53的轴线垂直，第一转轴33的轴线与所述第五转轴55的轴线平行。
参考图2，图2是图1中的机构运动后的示意图。第一转轴33具有轴线a，约束杆32具有中心轴线b，第一球形铰链31具有球心A，线c经过球心A且平行于轴线a，线d是轴线a和b组成平面的法线。第一移动副43和第二移动副53分别被驱动，其中第一支脚3、第二支脚4和第三支脚5共同控制动平台2的姿态实现一个转动自由度和一个移动自由度，转动自由度的转轴为线c，移动自由度沿线d方向。
本发明实施例中，第一移动副43和第二移动副53均作为主动驱动运动副，驱动方式可为电机驱动或液压缸驱动。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种提升负载能力的两自由度并联机构，包括机架和动平台，其特征在于：所述两自由度并联机构还包括连接在机架和动平台之间的第一支脚、第二支脚和第三支脚，所述第二支脚和第三支脚均可伸缩，所述第一支脚的下部通过一第一球形铰链转动安装在所述机架上，所述第一支脚的上部通过一第一转轴转动安装在所述动平台上，所述第二支脚的下部通过一十字连接件转动安装在所述机架上，所述十字连接件包括相互垂直的第二转轴和第三转轴，所述第二支脚的下部可分别绕所述第二转轴和第三转轴转动，所述第二支脚的上部通过一第二球形铰链转动连接在所述动平台上，所述第三支脚的下部通过一第四转轴转动安装在所述机架上，所述第三支脚的下部可绕所述第四转轴转动，所述第三支脚的上部通过一第五转轴转动安装在所述动平台上。
2.如权利要求1所述的提升负载能力的两自由度并联机构，其特征在于：所述机架上固定有呈等边三角形分布的第一基座、第二基座和第三基座，所述第一球形铰链转动连接所述第一基座，所述第二转轴转动连接所述第二基座，所述第四转轴转动连接所述第三基座。
3.如权利要求1所述的提升负载能力的两自由度并联机构，其特征在于：所述动平台上固定有呈等边三角形分布的第四基座、第五基座和第六基座，所述第一转轴转动连接所述第四基座，所述第二球形铰链转动连接所述第五基座，所述第五转轴转动连接所述第六基座。
4.如权利要求1所述的提升负载能力的两自由度并联机构，其特征在于：所述第一支脚包括一约束杆，所述约束杆不能伸缩，所述第二支脚包括第一驱动杆和第二驱动杆，所述第二驱动杆通过第一移动副在所述第一驱动杆内做伸缩运动，所述第三支脚包括第三驱动杆和第四驱动杆，所述第四驱动杆通过第二移动副在所述第三驱动杆内做伸缩运动。
5.如权利要求4所述的提升负载能力的两自由度并联机构，其特征在于：所述第三转轴的轴线与所述第一移动副的轴线垂直，所述第四转轴的轴线与所述第五转轴的轴线平行且与所述第二移动副的轴线垂直，所述第一转轴的轴线与所述第五转轴的轴线平行。
6.如权利要求4所述的提升负载能力的两自由度并联机构，其特征在于：所述第一移动副和所述第二移动副分别被驱动，所述第一支脚、所述第二支脚和所述第三支脚共同控制所述动平台的位置和姿态，实现一个转动自由度和一个移动自由度，转动自由度的转轴是经过第一球形铰链的球心且平行于第一转轴轴线的方向，移动自由度的移动方向是沿第一转轴轴线与约束杆轴线组成的平面的法线方向。
7.如权利要求4所述的提升负载能力的两自由度并联机构，其特征在于：所述第一移动副和所述第二移动副均作为主动驱动运动副，驱动方式为电机驱动或液压缸驱动。
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