CN111409059B - 一种含闭环支链的四自由度并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含闭环支链的四自由度并联机构，包括主平台、次平台、固定平台；次平台与主平台通过转动副连接；次平台与固定平台之间通过第一驱动支链和第三驱动支链连接，主平台和固定平台之间通过第二驱动支链和第四驱动支链连接；第二驱动支链和第四驱动支链联动可以驱动主平台进行前后翻转；第一驱动支链和第三驱动支链联动可以驱动主平台进行左右翻转；第一驱动支链、第二驱动支链、第三驱动支链和第四驱动支链联动可驱动主平台进行上下移动或水平方向左右平移。该机构具有单方向大刚度的特点，机构精度高，可实现两转动两移动的位姿变换，能很好的解决目前复合材料铺带中存在的问题，完成铺带过程中的位姿调整要求。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，属于一种具有大刚度的四自由度并联机构。
背景技术
飞行器壳体在缠绕铺带时要求铺带头调整位姿精确，同时由于铺带头设备沉重，因此需要位姿调整装置具有大刚度和高精度两个特点，同时位姿调整范围不大，而并联机构具有的大刚度、精度高、响应快的有点，在位姿调整等领域应用较多。针对少自由度并联机构构型的设计，国内外学者通过螺旋理论、群论、机构拓扑学等方法对四自由度机构进行了构型综合，机构综合所得到的机构支链复杂，很多构型并不实用。
针对上述问题，部分学者采用了两种新的设计方法。第一种为机构演变法，范彩霞等用平面6R机构引入U副添加五约束支链得到2T2R机构；第二种为在六自由度机构中添加约束支链的形式，季晔在六自由度机构中加入RPU支链作为被动约束支链；刘建坤用CPU支链取代一条六自由度支链作为主动支链；但经过分析和对比后，目前的四自由度并联机构构型的刚度和精度仍无法满足飞行器壳体铺带头位姿调整的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含闭环支链的四自由度并联机构，该机构具有刚度大、精度高的特点，实现主平台在空间内具有两个转动和两个移动的位姿调整作用。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种含闭环支链的四自由度并联机构，其特殊之处在于：
包括主平台、次平台、固定平台；
所述次平台位于主平台和固定平台之间，次平台与主平台通过转动副连接；
所述次平台与固定平台之间通过第一驱动支链和第三驱动支链连接，所述主平台和固定平台之间通过第二驱动支链和第四驱动支链连接；
第二驱动支链和第四驱动支链联动可以驱动主平台进行前后翻转；
第一驱动支链和第三驱动支链联动可以驱动主平台进行左右翻转；
第一驱动支链、第二驱动支链、第三驱动支链和第四驱动支链联动可驱动主平台进行上下移动或水平方向左右平移。
进一步地，上述第二驱动支链和第四驱动支链结构相同；
所述第二驱动支链包括第一杆件、第二杆件、第三杆件、第四杆件，其中第一杆件、第二杆件构成第一移动副；
第一移动副、第三杆件、第四杆件三者首尾连接形成三角形闭合结构，其中，第三杆件的两端分别与第二杆件、第四杆件的一端进行铰接，第四杆件的另一端、第一杆件的端部与次平台进行复合铰接。
进一步地，上述第三杆件的中部与固定平台进行铰接。
进一步地，上述第二驱动支链和第四驱动支链的一端分别通过虎克铰与主动平台连接，第二驱动支链和第四驱动支链的另一端分别通过虎克铰与固定平台连接。
进一步地，上述第二驱动支链和第四驱动支链的结构相同；
所述第二驱动支链包括第五杆件、第六杆件，所述第五杆件、第六杆件结合构成第二移动副，第五杆件的上端和第六杆件的下端分别设有叉形铰链座和十字轴。
进一步地，上述主平台为一平板。
进一步地，上述次平台为一杆件，杆件的两端设有叉形铰链座。
进一步地，上述固定平台为一板件。
进一步地，上述第二驱动支链和第四驱动支链与主平台的铰接点、第一驱动支链和第三驱动支链与次平台的铰接点位于同一平面，四个铰接点构成菱形。
进一步地，上述第二驱动支链和第四驱动支链与固定平台的铰接点、第一驱动支链和第三驱动支链与固定平台的铰接点位于同一平面，四个铰接点构成菱形。
本发明的优点：
本发明的两条对称支链由于采用了三角形闭环结构，其结构稳定性和刚度相比于传统机构有了提升，同时驱动副也由于支链受力的减小以选择功率更小、精度更高的驱动电机。
附图说明
图1是本发明含闭环支链的四自由度并联机构的整体结构图；
图2是本发明第一驱动支链和第三驱动支链与次平台连接图；
图3是本发明的第一驱动支链结构图；
图4是本发明的第二驱动支链结构图。
其中：1、主平台；2、次平台；3、固定平台；4、第一驱动支链；5、第二驱动支链；51、第五杆件；52、第六杆件；53、叉形铰链座；54、和十字轴；6、第三驱动支链；61、第一杆件；62、第二杆件；63、第三杆件；64、第四杆件；65、通孔；7、第四驱动支链。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
参见图1，一种含闭环支链的四自由度并联机构，包括主平台1、次平台2、固定平台3；所述次平台2位于主平台1和固定平台3之间，次平台2与主平台1通过转动副连接。所述次平台2与固定平台3之间通过第一驱动支链4和第三驱动支链6连接，所述主平台1和固定平台3之间通过第二驱动支链5和第四驱动支链7连接。
第二驱动支链5和第四驱动支链7联动可以驱动主平台1进行前后翻转；第一驱动支链4和第三驱动支链6联动可以驱动主平台1进行左右翻转；第一驱动支链4、第二驱动支链5、第三驱动支链6和第四驱动支链7联动可驱动主平台1进行上下移动或水平方向左右平移。
所述主平台1为一平板。所述次平台2为一杆件，杆件的两端设有叉形铰链座53。所述固定平台3为一板件。
作为本发明的一个优选实施例，参见图2和图3，第一驱动支链4和第三驱动支链6结构相同。所述第三驱动支链6包括第一杆件61、第二杆件62、第三杆件63、第四杆件64，其中第一杆件61、第二杆件62构成第一移动副，可进行伸缩；第一移动副、第三杆件63、第四杆件64三者首尾连接形成三角形闭合结构，其中，第三杆件63的两端分别与第二杆件62、第四杆件64的一端进行铰接，第四杆件64的另一端、第一杆件61的端部与次平台2进行复合铰接。
作为本发明的一个优选实施例，参见图3，所述第三杆件63的中部设有通孔65，通过通孔65与固定平台3进行铰接。
作为本发明的一个优选实施例，参见图1和图4，所述第二驱动支链5和第四驱动支链7的结构相同。第二驱动支链5和第四驱动支链7的一端分别通过虎克铰与主平台1连接，第二驱动支链5和第四驱动支链7的另一端分别通过虎克铰与固定平台3连接。
所述第二驱动支链5包括第五杆件51、第六杆件52，所述第五杆件51、第六杆件52结合构成第二移动副，可进行伸缩，第五杆件51的上端和第六杆件52的下端分别设有叉形铰链座53和十字轴54。
在本发明中，所述第二驱动支链5和第四驱动支链7与主平台1的铰接点、第一驱动支链4和第三驱动支链6与次平台2的铰接点位于同一平面，四个铰接点构成菱形。所述第二驱动支链5和第四驱动支链7与固定平台3的铰接点、第一驱动支链4和第三驱动支链6与固定平台3的铰接点位于同一平面，四个铰接点构成菱形。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，本领域的技术人员其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行调节，或者对其中部分技术特征进行等同替换。所以，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种含闭环支链的四自由度并联机构，其特征在于：
包括主平台(1)、次平台(2)、固定平台(3)；
所述次平台(2)位于主平台(1)和固定平台(3)之间，次平台(2)与主平台(1)通过转动副连接；
所述次平台(2)与固定平台(3)之间通过第一驱动支链(4)和第三驱动支链(6)连接，所述主平台(1)和固定平台(3)之间通过第二驱动支链(5)和第四驱动支链(7)连接；
第二驱动支链(5)和第四驱动支链(7)联动可以驱动主平台(1)进行前后翻转；
第一驱动支链(4)和第三驱动支链(6)联动可以驱动主平台(1)进行左右翻转；
第一驱动支链(4)、第二驱动支链(5)、第三驱动支链(6)和第四驱动支链(7)联动可驱动主平台(1)进行上下移动或水平方向左右平移；
第一驱动支链(4)和第三驱动支链(6)结构相同；
所述第三驱动支链(6)包括第一杆件(61)、第二杆件(62)、第三杆件(63)、第四杆件(64)，其中第一杆件(61)、第二杆件(62)构成第一移动副；
第一移动副、第三杆件(63)、第四杆件(64)三者首尾连接形成三角形闭合结构，其中，第三杆件(63)的两端分别与第二杆件(62)、第四杆件(64)的一端进行铰接，第四杆件(64)的另一端、第一杆件(61)的端部与次平台(2)进行复合铰接；
所述第三杆件(63)的中部与固定平台(3)进行铰接；
第二驱动支链(5)和第四驱动支链(7)的一端分别通过虎克铰与主平台(1)连接，第二驱动支链(5)和第四驱动支链(7)的另一端分别通过虎克铰与固定平台(3)连接；
所述第二驱动支链(5)和第四驱动支链(7)的结构相同；
所述第二驱动支链(5)包括第五杆件(51)、第六杆件(52)，所述第五杆件(51)、第六杆件(52)结合构成第二移动副，第五杆件(51)的上端和第六杆件(52)的下端均设有叉形铰链座和十字轴(54)。
2.根据权利要求1所述的一种含闭环支链的四自由度并联机构，其特征在于：
所述主平台(1)为一平板。
3.根据权利要求1所述的一种含闭环支链的四自由度并联机构，其特征在于：
所述次平台(2)为一杆件，杆件的两端设有叉形铰链座。
4.根据权利要求1所述的一种含闭环支链的四自由度并联机构，其特征在于：
所述固定平台(3)为一板件。
5.根据权利要求1所述的一种含闭环支链的四自由度并联机构，其特征在于：
所述第二驱动支链(5)和第四驱动支链(7)与主平台(1)的铰接点、第一驱动支链(4)和第三驱动支链(6)与次平台(2)的铰接点位于同一平面，四个铰接点构成菱形。
6.根据权利要求1所述的一种含闭环支链的四自由度并联机构，其特征在于：
所述第二驱动支链(5)和第四驱动支链(7)与固定平台(3)的铰接点、第一驱动支链(4)和第三驱动支链(6)与固定平台(3)的铰接点位于同一平面，四个铰接点构成菱形。
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