CN106956249A - 一种具有铰接动平台的四自由度并联机构 - Google Patents

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张毅
周详宇
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Abstract

本发明公开了一种具有铰接动平台的四自由度并联机构，包括定平台、铰接动平台以及布置在所述定平台与铰接动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；所述铰接动平台包括上动平台和下动平台两部分，所述上动平台与下动平台通过转动副连接；在所述下动平台上固设有行星齿轮增速器，所述行星齿轮增速器的输入端与所述上动平台固接；所述第一支链和第二支链结构相同，所述第三支链和第四支链结构相同。该并联机构采用行星齿轮增速器作为放大机构，易实现高传动比的设计，且安装方式简单。

Description

一种具有铰接动平台的四自由度并联机构
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种具有三维平动和一维转动的四自由度空间并联机构。
背景技术
具有三维平动和一维转动自由度的并联机构可满足操作对象的空间搬运操作，因此被广泛应用于食品医药、现代物流、电子信息等领域的自动化生产线上。在该领域内，最先实现应用的并联机构是Clavel提出的Delta机构。在Delta机构的基础上增加一条RUPU支链，可在动平台上实现一维转动运动，该改进的Delta机构被ABB公司推广并应用于食品包装等生产线上的分拣操作。由于RUPU支链存在被动的移动副，该型Delta机构并不适合应用在高速拾取的操作任务中。为此，Pierrot等提出了具有铰接动平台的H4、I4和Par4等类型的四自由度并联机构。其中，Par4型并联机构的铰接动为一平行四边形，通过增速机构将平行四边形两对边的相对运动转换为末端执行器的转动。由于Par4的整个动平台是通过转动副铰接而成的，使得Par4能实现高速的拾取操作，因此Par4也实现了产业应用，其商品型号为Adept Quattro机械手。类似地，利用平行四边形铰接动平台，专利ZL201110149529.6提出了另一种可实现三维平动和一维转动自由度的并联机构。虽然该类平行四边形铰接动平台具有良好的运动性能，但也存在结构较为复杂、高速动态响应复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于简化现有平行四边形铰接动平台的结构，提出一种具有铰接动平台的，且可实现三维平动和一维转动的四自由度并联机构。
本发明提出的一种具有铰接动平台的四自由度并联机构，其特征在于：包括定平台、铰接动平台以及布置在所述定平台与铰接动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；所述铰接动平台包括上动平台和下动平台两部分，所述上动平台与下动平台通过转动副连接；为放大所述上动平台与下动平台之间的相对转动角度，在所述下动平台上固设有行星齿轮增速器；所述行星齿轮增速器的输入端与所述上动平台固接，所述行星齿轮增速器的输出端上安装有末端执行器；所述第一支链和第三支链结构相同；所述第一支链和第三支链均包括驱动臂A、上连接杆A、左连杆A、右连杆A和下连接杆A；所述驱动臂A的一端与所述定平台通过转动副连接，所述驱动臂A的另一端通过转动副与所述上连接杆A连接，所述左连杆A和右连杆A的上端分别通过转动副与所述上连接杆A的一端连接，所述左连杆A和右连杆A的下端分别通过球铰与所述下连接杆A的一端连接，所述下连接杆A通过转动副与所述上动平台连接；所述第二支链和第四支链结构相同；所述第二支链和第四支链均包括驱动臂B、上连接杆B、左连杆B、右连杆B和下连接杆B；所述驱动臂B的一端与所述定平台通过转动副连接，所述驱动臂B的另一端与所述上连接杆B固接，所述左连杆B和右连杆B的上端分别通过球铰与所述上连接杆B的一端连接，所述左连杆B和右连杆B的下端分别通过球铰与所述下连接杆B的一端连接，所述下连接杆B固接在所述下动平台上；所述定平台与所述驱动臂A之间的转动副为主动驱动副；所述定平台与所述驱动臂B之间的转动副为主动驱动副。
本发明还提出另一种具有铰接动平台的四自由度并联机构，其特征在于：包括固定机架、铰接动平台以及布置在所述固定机架与铰接动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；所述铰接动平台包括上动平台和下动平台两部分，所述上动平台与下动平台通过转动副连接；为放大所述上动平台与下动平台之间的相对转动角度，在所述下动平台上固设有行星齿轮增速器；所述行星齿轮增速器的输入端与所述上动平台固接，所述行星齿轮增速器的输出端上安装有末端执行器；所述第一支链和第三支链结构相同；所述第一支链和第三支链均包括滑块A、上连接杆A、左连杆A、右连杆A和下连接杆A；所述滑块A的一端与所述定平台通过移动副连接，所述滑块A的另一端通过转动副与所述上连接杆A连接，所述左连杆A和右连杆A的上端分别通过转动副与所述上连接杆A的一端连接，所述左连杆A和右连杆A的下端分别通过球铰与所述下连接杆A的一端连接，所述下连接杆A通过转动副与所述上动平台连接；所述第二支链和第四支链结构相同；所述第二支链和第四支链均包括滑块B、上连接杆B、左连杆B、右连杆B和下连接杆B；所述滑块B的一端与所述定平台通过转动副连接，所述滑块B的另一端与所述上连接杆B固接，所述左连杆B和右连杆B的上端分别通过球铰与所述上连接杆B的一端连接，所述左连杆B和右连杆B的下端分别通过球铰与所述下连接杆B的一端连接，所述下连接杆B固接在所述下动平台上；所述固定机架与所述滑块A之间的移动副为主动驱动副；所述固定机架与所述滑块B之间的移动副为主动驱动副。
本发明具有的优点和积极效果是：铰接动平台结构简单，仅包括了通过转动副连接的上、下动平台两个构件；采用行星齿轮增速器的放大机构容易实现高传动比的设计，且安装方便，有利于铰接动平台的模块化设计；整个机构结构简洁紧凑、刚度高，满足高速拾取操作要求。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明铰接动平台的结构示意图；
图3为本发明实施例二的结构示意图；
图中各标记如下：1定平台，2驱动装置，3-1驱动臂A，3-2驱动臂B，4-1上连接杆A，4-2上连接杆B，5-1左连杆A，5-2左连杆B，6-1右连杆A，6-2右连杆B，7-1下连接杆A，7-2下连接杆B，8铰接动平台，8-1上动平台，8-2下动平台，9行星齿轮增速器，10固定机架，11-1滑块A，11-2滑块B，Ⅰ第一支链，Ⅱ第二支链，Ⅲ第三支链，Ⅳ第四支链。
具体实施方式
为能进一步阐述本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例一：
本实施例的一种具有铰接动平台的四自由度并联机构如图1、图2所示，包括定平台1、铰接动平台8，以及布置在所述定平台1与铰接动平台8之间的第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ。
所述定平台1上固设有四个驱动装置2。
如图2所示，所述铰接动平台8包括上动平台8-1和下动平台8-2；在所述下动平台8-2上固设有行星齿轮增速器9，所述行星齿轮增速器9的输入端与所述上动平台8-1固接，所述行星齿轮增速器9的输出端可以安装末端执行器。
所述第一支链Ⅰ和第三支链Ⅲ结构相同；所述第一支链Ⅰ和第三支链Ⅲ均包括驱动臂A 3-1、上连接杆A 4-1、左连杆A 5-1、右连杆A 6-1和下连接杆A 7-1；所述驱动臂A 3-1的一端与所述驱动装置2的转轴固接，并通过转动副与所述定平台1连接；所述驱动臂A 3-1的另一端通过转动副与所述上连接杆A 4-1连接；所述左连杆A 5-1和右连杆A 6-1的上端分别通过转动副与所述上连接杆A 4-1的一端连接，所述左连杆A 5-1和右连杆A 6-1的下端分别通过球铰与所述下连接杆A 7-1的一端连接；所述下连接杆A 7-1通过转动副与所述上动平台8-1连接；所述上连接杆A 4-1、左连杆A 5-1、右连杆A 6-1和下连接杆A 7-1构成平行四边形。
所述第二支链Ⅱ和第四支链Ⅳ结构相同；所述第二支链Ⅱ和第四支链Ⅳ均包括驱动臂B 3-2、上连接杆B 4-2、左连杆B 5-2、右连杆B 6-2和下连接杆B 7-2；所述驱动臂B 3-2的一端与所述驱动装置2的转轴固接，并通过转动副与所述定平台1连接；所述驱动臂B 3-2的另一端与所述上连接杆B 4-2固接；所述左连杆B 5-2和右连杆B 6-2的上端分别通过球铰与所述上连接杆B 4-2的一端连接，所述左连杆B 5-2和右连杆B 6-2的下端分别通过球铰与所述下连接杆B 7-2的一端连接；所述下连接杆B 7-2与所述下动平台8-2固接；所述上连接杆B 4-2、左连杆B 5-2、右连杆B 6-2和下连接杆B 7-2构成平行四边形。
连接所述第一支链Ⅰ与所述定平台1的转动副的转动轴线平行于连接所述第三支链Ⅲ与所述定平台1的转动副的转动轴线；连接所述第二支链Ⅱ与所述定平台1的转动副的转动轴线平行于连接所述第四支链Ⅳ与所述定平台1的转动副的转动轴线。
实施例二：
本实施例的一种具有铰接动平台的四自由度并联机构如图3所示，包括固定机架10，与实施例一相同的铰接动平台8以及第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ。所述固定机架10固设有四条竖直布置的导轨。所述第一支链Ⅰ和第三支链Ⅲ结构相同；所述第一支链Ⅰ和第三支链Ⅲ均包括滑块A 11-1、上连接杆A 4-1、左连杆A 5-1、右连杆A6-1和下连接杆A 7-1；所述第二支链Ⅱ和第四支链Ⅳ结构相同；所述第二支链Ⅱ和第四支链Ⅳ均包括滑块B 11-2、上连接杆B 4-2、左连杆B 5-2、右连杆B 6-2和下连接杆B 7-2。
本实施例与实施例一不同的是：所述第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ均采用了移动副为主动驱动的驱动形式。体现在具体结构上为：所述滑块A 11-1与所述固定机架10的竖直导轨通过移动副连接，且该移动副为主动驱动副；所述滑块A 11-1通过转动副与所述上连接杆A 4-1连接；所述滑块B 11-2与所述固定机架10的竖直导轨通过移动副连接，且该移动副为主动驱动副；所述滑块B 11-2与所述上连接杆B 4-2固接。所述第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ其余的结构形式与实施例一完全相同。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种具有铰接动平台的四自由度并联机构，其特征在于：包括定平台(1)、铰接动平台(8)，以及布置在所述定平台(1)与铰接动平台(8)之间的第一支链(Ⅰ)、第二支链(Ⅱ)、第三支链(Ⅲ)和第四支链(Ⅳ)；
所述定平台(1)上固设有四个驱动装置(2)；所述铰接动平台(8)包括上动平台(8-1)和下动平台(8-2)；在所述下动平台(8-2)上固设有行星齿轮增速器(9)，所述行星齿轮增速器(9)的输入端与所述上动平台(8-1)固接；
所述第一支链(Ⅰ)和第三支链(Ⅲ)结构相同；所述第一支链(Ⅰ)和第三支链(Ⅲ)均包括驱动臂A(3-1)、上连接杆A(4-1)、左连杆A(5-1)、右连杆A(6-1)和下连接杆A(7-1)；所述驱动臂A(3-1)的一端与所述驱动装置(2)的转轴固接，并通过转动副与所述定平台(1)连接；所述驱动臂A(3-1)的另一端通过转动副与所述上连接杆A(4-1)连接；所述左连杆A(5-1)和右连杆A(6-1)的上端分别通过转动副与所述上连接杆A(4-1)的一端连接，所述左连杆A(5-1)和右连杆A(6-1)的下端分别通过球铰与所述下连接杆A(7-1)的一端连接；所述下连接杆A(7-1)通过转动副与所述上动平台(8-1)连接；所述上连接杆A(4-1)、左连杆A(5-1)、右连杆A(6-1)和下连接杆A(7-1)构成平行四边形；
所述第二支链(Ⅱ)和第四支链(Ⅳ)结构相同；所述第二支链(Ⅱ)和第四支链(Ⅳ)均包括驱动臂B(3-2)、上连接杆B(4-2)、左连杆B(5-2)、右连杆B(6-2)和下连接杆B(7-2)；所述驱动臂B(3-2)的一端与所述驱动装置(2)的转轴固接，并通过转动副与所述定平台(1)连接；所述驱动臂B(3-2)的另一端与所述上连接杆B(4-2)固接；所述左连杆B(5-2)和右连杆B(6-2)的上端分别通过球铰与所述上连接杆B(4-2)的一端连接，所述左连杆B(5-2)和右连杆B(6-2)的下端分别通过球铰与所述下连接杆B(7-2)的一端连接；所述下连接杆B(7-2)与所述下动平台(8-2)固接；所述上连接杆B(4-2)、左连杆B(5-2)、右连杆B(6-2)和下连接杆B(7-2)构成平行四边形。
2.根据权利要求1所述的机构，其特征在于：连接所述第一支链(Ⅰ)与所述定平台(1)的转动副的转动轴线平行于连接所述第三支链(Ⅲ)与所述定平台(1)的转动副的转动轴线；连接所述第二支链(Ⅱ)与所述定平台(1)的转动副的转动轴线平行于连接所述第四支链(Ⅳ)与所述定平台(1)的转动副的转动轴线。
3.一种具有铰接动平台的四自由度并联机构，其特征在于：包括固定机架(10)、铰接动平台(8)以及布置在所述固定机架(10)与铰接动平台(8)之间的第一支链(Ⅰ)、第二支链(Ⅱ)、第三支链(Ⅲ)和第四支链(Ⅳ)；
所述固定机架(10)固设有四条竖直布置的导轨；所述铰接动平台(8)包括上动平台(8-1)和下动平台(8-2)；在所述下动平台(8-2)上固设有行星齿轮增速器(9)，所述行星齿轮增速器(9)的输入端与所述上动平台(8-1)固接；
所述第一支链(Ⅰ)和第三支链(Ⅲ)结构相同；所述第一支链(Ⅰ)和第三支链(Ⅲ)均包括滑块A(11-1)、上连接杆A(4-1)、左连杆A(5-1)、右连杆A(6-1)和下连接杆A(7-1)；所述滑块A(11-1)与所述固定机架(10)的竖直导轨通过移动副连接，且该移动副为主动驱动副；所述滑块A(11-1)通过转动副与所述上连接杆A(4-1)连接；所述左连杆A(5-1)和右连杆A(6-1)的上端分别通过转动副与所述上连接杆A(4-1)的一端连接，所述左连杆A(5-1)和右连杆A(6-1)的下端分别通过球铰与所述下连接杆A(7-1)的一端连接；所述下连接杆A(7-1)通过转动副与所述上动平台(8-1)连接；所述上连接杆A(4-1)、左连杆A(5-1)、右连杆A(6-1)和下连接杆A(7-1)构成平行四边形；
所述第二支链(Ⅱ)和第四支链(Ⅳ)结构相同；所述第二支链(Ⅱ)和第四支链(Ⅳ)均包括滑块B(11-2)、上连接杆B(4-2)、左连杆B(5-2)、右连杆B(6-2)和下连接杆B(7-2)；所述滑块B(11-2)与所述固定机架(10)的竖直导轨通过移动副连接，且该移动副为主动驱动副；所述滑块B(11-2)与所述上连接杆B(4-2)固接；所述左连杆B(5-2)和右连杆B(6-2)的上端分别通过球铰与所述上连接杆B(4-2)的一端连接，所述左连杆B(5-2)和右连杆B(6-2)的下端分别通过球铰与所述下连接杆B(7-2)的一端连接；所述下连接杆B(7-2)与所述下动平台(8-2)固接；所述上连接杆B(4-2)、左连杆B(5-2)、右连杆B(6-2)和下连接杆B(7-2)构成平行四边形。
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