CN112428257A - 一种具有复合驱动支链的六自由度并联机构 - Google Patents

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Abstract

一种具有复合驱动支链的六自由度并联机构。其包括静平台、动平台以及连接在动平台与静平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；本发明：1.采用不同向的二向导轨组合，并通过四个支链的相互配合可使动平台实现三个移动和三个转动的六自由度运动，相较于未采用导轨的六自由度并联机构，本发明具有较大的活动范围。2.在第一滑块与动平台的连接上，采用了增加局部自由度的方式，也就是连接杆两端均采用球副，使本发明装配时简便。3.在第三支链与第四支链上采用复合驱动的方式，这样可以在合理减少支链的同时又能实现六自由度的运动，而且还能避免支链之间的相互干扰，使机构计算简单、易于控制。

Description

一种具有复合驱动支链的六自由度并联机构
技术领域
本发明属于并联机构技术领域，具体涉及一种具有复合驱动支链的六自由度并联机构。
背景技术
并联机构是一种通过至少两个独立的运动支链将动平台与静平台连接起来而形成的闭环机构。相较串联机构，并联机构具有刚度高、累计误差小和工作稳定等优点。另外，并联机构的承载能力更强、精度也更高，因此研发新型并联机构具有非常重要的实际应用价值。
并联机构中功能最为强大的是六自由度并联机构，其不仅具有刚度高、承载能力强、位置误差不累积等特点，而且相较于其他自由度的并联机构，其更加灵活、精度更加高，因此六自由度并联机构多用于构成并联机器人/机床等此类重要的重型装备。在确保六自由度并联机构优势的前提下，如何进一步改善构型和结构已经成为一个研究热点，虽然目前已经衍生出各种各样的并联机构，但大部分机构依旧存在以下一些技术问题：
1.为实现六自由度采用了较多的支链，使机构复杂化，难以确保整体结构简单化、运动精度高和好的稳定性。
2.由于支链较多，容易导致支链之间相互干涉进而影响到机构某些自由度的运动范围。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有复合驱动支链的六自由度并联机构。
为了达到上述目的，本发明提供的具有复合驱动支链的六自由度并联机构包括静平台、动平台以及连接在动平台与静平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；
其中，所述的动平台包括台板和第一球面副外球壳；台板的每个侧面中部分别安装一个第一球面副外球壳；
静平台包括第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆和第六杆；其中第一杆、第三杆、第二杆和第四杆依次首尾相连而构成框形框架；第五杆和第六杆的下端分别对称固定在第一杆和第二杆的顶面中部；第三杆和第四杆的顶面上沿第三杆和第四杆的长度方向分别设有一条第二导轨；第五杆和第六杆的相对侧面上沿垂直方向分别设有一条第一导轨；
第一支链与第二支链的结构完全相同，均包括第一滑块、第二球面副外球壳和连接杆；第一滑块连接在第五杆或第六杆的第一导轨上而构成移动副；第二球面副外球壳安装在第一滑块的内侧面上；连接杆的两端分别设有一个第一球面副内球体，其中一个第一球面副内球体与第二球面副外球壳连接而构成第二球面副，另一个第一球面副内球体与动平台上的一个第一球面副外球壳相连接，并且动平台上分别与第一支链和第二支链相连的两个第一球面副外球壳位于台板的两个相对侧面上；
第三支链与第四支链的结构完全相同，均包括第二滑块、关节转轴和电推杆；第二滑块连接在第三杆或第四杆的第二导轨上而构成移动副；电推杆的一端通过关节转轴连接在第二滑块的顶面上而形成转动副，另一端设有第三球面副内球体；第三球面副内球体与动平台上的一个第一球面副外球壳相连接，并且动平台上分别与第三支链和第四支链相连的两个第一球面副外球壳位于台板的另两个相对侧面上。
所述的第一杆和第二杆的结构完全相同、第三杆和第四杆的结构完全相同、第五杆和第六杆的结构完全相同。
所述的连接杆为圆柱形杆。
本发明提供的具有复合驱动支链的六自由度并联机构具有如下优点：
1.采用不同向的二向导轨组合，并通过四个支链的相互配合可使动平台实现三个移动和三个转动的六自由度运动，相较于未采用导轨的六自由度并联机构，本发明具有较大的活动范围。
2.在第一滑块与动平台的连接上，采用了增加局部自由度的方式，也就是连接杆两端均采用球副，使本发明装配时简便。
3.在第三支链与第四支链上采用复合驱动的方式，这样可以在合理减少支链的同时又能实现六自由度的运动，而且还能避免支链之间的相互干扰，使机构计算简单、易于控制。
附图说明
图1为本发明提供的具有复合驱动支链的六自由度并联机构整体结构示意图。
图2为本发明提供的具有复合驱动支链的六自由度并联机构中静平台示意图。
图3为本发明提供的具有复合驱动支链的六自由度并联机构中第一支链与第二支链结构示意图。
图4为本发明提供的具有复合驱动支链的六自由度并联机构中第三支链与第四支链结构示意图。
图5为本发明提供的具有复合驱动支链的六自由度并联机构中动平台示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具有复合驱动支链的六自由度并联机构进行详细说明。
如图1-图5所示，本发明提供的具有复合驱动支链的六自由度并联机构包括静平台1、动平台2以及连接在动平台2与静平台1之间的第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ；
其中，所述的动平台2包括台板201和第一球面副外球壳3；台板201的每个侧面中部分别安装一个第一球面副外球壳3；
静平台1包括第一杆101、第二杆102、第三杆103、第四杆104、第五杆105和第六杆106；其中第一杆101、第三杆103、第二杆102和第四杆104依次首尾相连而构成框形框架；第五杆105和第六杆106的下端分别对称固定在第一杆101和第二杆102的顶面中部；第三杆103和第四杆104的顶面上沿第三杆103和第四杆104的长度方向分别设有一条第二导轨8；第五杆105和第六杆106的相对侧面上沿垂直方向分别设有一条第一导轨6；
第一支链Ⅰ与第二支链Ⅱ的结构完全相同，均包括第一滑块10、第二球面副外球壳17和连接杆13；第一滑块10连接在第五杆105或第六杆106的第一导轨6上而构成移动副；第二球面副外球壳17安装在第一滑块10的内侧面上；连接杆13的两端分别设有一个第一球面副内球体4，其中一个第一球面副内球体4与第二球面副外球壳17连接而构成第二球面副12，另一个第一球面副内球体4与动平台2上的一个第一球面副外球壳3相连接，并且动平台2上分别与第一支链Ⅰ和第二支链Ⅱ相连的两个第一球面副外球壳3位于台板201的两个相对侧面上。第一支链Ⅰ与第二支链Ⅱ都具有局部自由度，这样便于加工和装配，同时使用标准件可以使本机构更适合批量生产。
第三支链Ⅲ与第四支链Ⅳ的结构完全相同，均包括第二滑块14、关节转轴15和电推杆16；第二滑块14连接在第三杆103或第四杆104的第二导轨8上而构成移动副；电推杆16的一端通过关节转轴15连接在第二滑块14的顶面上而形成转动副，另一端设有第三球面副内球体5；第三球面副内球体5与动平台2上的一个第一球面副外球壳3相连接，并且动平台2上分别与第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ相连的两个第一球面副外球壳3位于台板201的另两个相对侧面上。电推杆16可以关节转轴15为轴进行转动，通过电推杆16的伸缩运动，可使第三球面副内球体5实现在电推杆16延长线上的移动。
所述的第一杆101和第二杆102的结构完全相同、第三杆103和第四杆104的结构完全相同、第五杆105和第六杆106的结构完全相同。
所述的连接杆13为圆柱形杆。
现以第一杆101和第二杆102的延伸方向作为x轴方向，第三杆103和第四杆104的延伸方向作为y轴方向，第五杆105和第六杆106的延伸方向作为z轴方向，对本发明提供的具有复合驱动支链的六自由度并联机构的工作过程阐述如下：
所述的第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ上的移动副分别由电机驱动；第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ上电推杆16的伸缩运动由其本身电机驱动，所述第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ分别具有两个驱动电机，构成复合驱动支链；所述第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ中六个电机的驱动，可使动平台2具有三个方向的移动和三个方向的转动，共六个运动自由度。
本发明可以通过电机驱动第一支链Ⅰ和第二支链Ⅱ上的第一滑块10与第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ上的第二滑块14在各自轨道上平移、以及通过电推杆16的伸缩来实现动平台2的运动。当控制第一滑块10与第二滑块14同时运动且电推杆16不动时，可实现动平台2在y轴上的平移或既在y轴上平移又绕x轴转动角度；当第一滑块10与第二滑块14不动而电推杆16伸缩时，可实现动平台2绕y轴转动角度或在x轴上的平动；当电推杆16与第一滑块10运动而第二滑块14静止时，可实现动平台2在z轴上的平动；当两个第一滑块10之间形成高度差和两个电推杆16之间形成长度差时，可实现动平台2绕z轴转动角度。由于本发明各支链之间并未存在干扰，因此当各支链之间相互协调运动时可实现动平台2的六自由度运动。

Claims (3)

1.一种具有复合驱动支链的六自由度并联机构，其特征在于：所述的具有复合驱动支链的六自由度并联机构包括静平台(1)、动平台(2)以及连接在动平台(2)与静平台(1)之间的第一支链(Ⅰ)、第二支链(Ⅱ)、第三支链(Ⅲ)和第四支链(Ⅳ)；
其中，所述的动平台(2)包括台板(201)和第一球面副外球壳(3)；台板(201)的每个侧面中部分别安装一个第一球面副外球壳(3)；
静平台(1)包括第一杆(101)、第二杆(102)、第三杆(103)、第四杆(104)、第五杆(105)和第六杆(106)；其中第一杆(101)、第三杆(103)、第二杆(102)和第四杆(104)依次首尾相连而构成框形框架；第五杆(105)和第六杆(106)的下端分别对称固定在第一杆(101)和第二杆(102)的顶面中部；第三杆(103)和第四杆(104)的顶面上沿第三杆(103)和第四杆(104)的长度方向分别设有一条第二导轨(8)；第五杆(105)和第六杆(106)的相对侧面上沿垂直方向分别设有一条第一导轨(6)；
第一支链(Ⅰ)与第二支链(Ⅱ)的结构完全相同，均包括第一滑块(10)、第二球面副外球壳(17)和连接杆(13)；第一滑块(10)连接在第五杆(105)或第六杆(106)的第一导轨(6)上而构成移动副；第二球面副外球壳(17)安装在第一滑块(10)的内侧面上；连接杆(13)的两端分别设有一个第一球面副内球体(4)，其中一个第一球面副内球体(4)与第二球面副外球壳(17)连接而构成第二球面副(12)，另一个第一球面副内球体(4)与动平台(2)上的一个第一球面副外球壳(3)相连接，并且动平台(2)上分别与第一支链(Ⅰ)和第二支链(Ⅱ)相连的两个第一球面副外球壳(3)位于台板(201)的两个相对侧面上；
第三支链(Ⅲ)与第四支链(Ⅳ)的结构完全相同，均包括第二滑块(14)、关节转轴(15)和电推杆(16)；第二滑块(14)连接在第三杆(103)或第四杆(104)的第二导轨(8)上而构成移动副；电推杆(16)的一端通过关节转轴(15)连接在第二滑块(14)的顶面上而形成转动副，另一端设有第三球面副内球体(5)；第三球面副内球体(5)与动平台(2)上的一个第一球面副外球壳(3)相连接，并且动平台(2)上分别与第三支链(Ⅲ)和第四支链(Ⅳ)相连的两个第一球面副外球壳(3)位于台板(201)的另两个相对侧面上。
2.根据权利要求1所述的具有复合驱动支链的六自由度并联机构，其特征在于：所述的第一杆(101)和第二杆(102)的结构完全相同、第三杆(103)和第四杆(104)的结构完全相同、第五杆(105)和第六杆(106)的结构完全相同。
3.根据权利要求1所述的具有复合驱动支链的六自由度并联机构，其特征在于：所述的连接杆(13)为圆柱形杆。
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