CN113681547A - 一种两转一移并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两转一移并联机构，包括定平台、动平台、及连接所述定平台与动平台的第一支链、第二支链和第三支链；所述定平台与三条支链的连接处呈等腰三角形布置；所述动平台与三条支链的连接处呈等腰三角形布置。本发明的两转一移并联机构通过第一支链、第二支链和第三支链实现定平台与动平台的连接，本发明的两转一移并联机构具有较高的刚度和较好的运动控制性能，能够满足机床在大载荷、高速等等工况下的加工要求；通过第一驱动副、第二驱动副、第三驱动副可以实现两转一移的工作模式，通过第一球副和第二球副的安装，增大了机构的工作空间，消除了机构的奇异位形，能够运用到机床加工、抓取等场合。

Description

一种两转一移并联机构

技术领域

本发明属于机器人的技术领域，尤其涉及一种两转一移并联机构。

背景技术

并联机构是通过至少两条相对独立的支链连接定平台与动平台构成闭环***，相比于串联机构，并联机构具有刚度好、载荷大、精度高等优点，广泛应用于航天模拟器、机床加工、医疗健康等领域，少自由度的并联机构因为结构简单等特点，更是被广泛应用。

这些少由度并联机构，由于采用的标准形式的运动副，其运动轴线是固定的，所以不容易避开奇异位形。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种两转一移并联机构，消除了奇异位形，提高了并联机构可操作性，增大了工作空间。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种两转一移并联机构，包括定平台、动平台、及连接所述定平台与动平台的第一支链、第二支链和第三支链；所述定平台与三条支链的连接处呈等腰三角形布置；所述动平台与三条支链的连接处呈等腰三角形布置；所述第一支链包括第一连杆和第一驱动滑块，其中，所述第一驱动滑块通过第一转动副连接于定平台，通过第一移动副连接第一驱动滑块以及第一连杆，通过第一虎克铰连接第一连杆以及动平台；所述第二支链包括第二连杆和第二驱动滑块，其中，所述第二驱动滑块通过第一球副连接于定平台，通过第二移动副连接第二驱动滑块和第二连杆，通过第二转动副连接第二连杆和动平台；所述第三支链包括第三连杆和第三驱动滑块，其中，所述第三驱动滑块通过第二球副连接于定平台，通过第三移动副连接第三驱动滑块和第三连杆，通过第二虎克铰连接第三连杆和动平台。

进一步的，所述第一移动副包括与所述第一驱动滑块螺纹连接的第一滚珠丝杠；所述第二移动副包括与所述第二驱动滑块螺纹连接的第二滚珠丝杠；所述第三移动副包括与所述第三驱动滑块螺纹连接的第三滚珠丝杠。

可选的，所述第一驱动滑块、第二驱动滑块、第三驱动滑块通过其上的凹槽分别滑动安装在所述第一连杆、第二连杆、第三连杆上的凸槽上。

可选的，所述第一转动副的轴线与定平台平行，所述第一转动副的轴线与第一虎克铰的第一轴线平行；所述第一虎克铰的第二轴线、第二转动副的轴线、第二虎克铰的第二轴线相互平行；所述第一移动副的运动方向与第一连杆的轴线平行；第二移动副的运动方向与第二连杆的轴线平行、第三移动副的运动方向与第三连杆的轴线平行。

进一步的，所述第一驱动滑块具有用于安装所述第一转动副的圆柱形通孔和安装第一移动副的螺纹通孔；所述第二支链与定平台连接处设有用于安装第一球副的外球面；所述第二驱动滑块具有用于安装第一球副的内球面和用于安装第二移动副的螺纹通孔；所述第三支链与定平台连接处设有用于安装第二球副的外球面，所述第三驱动滑块具有用于安装第二球副的内球面和用于安装第三移动副的螺纹通孔。

进一步的，所述定平台与动平台皆为板状结构，所述定平台始终位于动平台的上方。

由上，本发明的两转一移并联机构通过第一支链、第二支链和第三支链实现定平台与动平台的连接，本发明的三自由度并联机构具有较高的刚度和较好的运动控制性能，能够满足机床在大载荷、高速等等工况下的加工要求。通过第一驱动副、第二驱动副、第三驱动副可以实现两转一移的工作模式，通过第一球副和第二球副的安装，增大了机构的工作空间，消除了机构的奇异位形，能够运用到机床加工、抓取等场合。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本发明的两转一移并联机构的结构示意图；

图2是本发明的两转一移并联机构的定平台安装位置示意图；

图3是本发明的两转一移并联机构的第一支链的示意图；

图4是本发明的两转一移并联机构的第二支链的示意图；

图5是本发明的两转一移并联机构的第三支链的示意图；

图中，1.定平台，2.动平台，3.第一虎克铰，4.第一连杆，5.第一驱动滑块，6.第二转动副，7.第二连杆，8.第二驱动滑块，9.第二虎克铰，10.第三连杆，11.第三驱动滑块，12.第一连杆凸槽，13.第一转动副，14.第一滚珠丝杠，15.第一滑块凹槽，16.第二连杆凸槽，17.第二滚珠丝杠，18.第二滑块凹槽，19.第一球副，20.第三连杆凸槽，21.第三滚珠丝杠，22.第三滑块凹槽，23.第二球副。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

本发明是一种两转动一移动运动模式的并联机构，下面结合如图1至图5来描述本发明的两转一移并联机构：

本发明的两转一移并联机构包括相互平行的动平台2和定平台1，以及动、定平台之间连接的三条支链，三条支链分别是第一支链3、4、5、12、13、第二支链6、7、8、16、19、第三支链9、10、11、20、21、23。

如图2所示，定平台1为水平布置，在初始状态下，定平台1与动平台2平行，动平台2布置于定平台1的下方。

定平台1上设置有与三条支链连接的连接处，且连接处在定平台1上呈等腰三角形布置。动平台2与三条支链的连接处呈等腰三角形布置。

第一支链包括第一连杆4、第一驱动滑块5，第一驱动滑块5通过第一转动副13与定平台1连接，第一连杆4的通过第一移动副与第一驱动滑块5连接，第一连杆4的底部通过第一虎克铰3与动平台2连接。第一转动副13的轴线与第一虎克铰3的第一轴线和定平台1平行，第一移动副的运动方向与第一连杆4的轴线平行。

第二支链包括第二连杆7、第二驱动滑块8，第二驱动滑块8通过第一球副19与定平台1连接，第二连杆7通过第二移动副与第二驱动滑块8连接，第二连杆7的底部通过第二转动副6与动平台2连接，第二转动副6的轴线与第二连杆7的轴线垂直。

第三支链包括第三连杆10、第三驱动滑块11，第三驱动滑块11通过第二球副23与定平台1连接，第三连杆10通过第三移动副与第三驱动滑块11连接，第三连杆10的底部通过第二虎克铰9与动平台2连接。第二虎克铰9的第一轴线与第三连杆10的轴线垂直。第一虎克铰3的第二轴线、第二转动副的轴线、第二虎克铰9的第二轴线相互平行。第一移动副的运动方向与第一连杆4的轴线平行，第二移动副的运动方向与第二连杆7的轴线平行、第三移动副的运动方向与第三连杆10的轴线平行。

第一驱动滑块5具有用于安装第一转动副13的圆柱形通孔和安装第一移动副的螺纹通孔。第二支链与定平台1连接处设有用于安装第一球副19的外球面，第二驱动滑块8具有用于安装第一球副19的内球面和用于安装第二移动副的螺纹通孔。第三支链与定平台1连接处设有用于安装第二球副23的外球面，第三驱动滑块11具有用于安装第二球副23的内球面和用于安装第三移动副的螺纹通孔。

本发明中，第一移动副、第二移动副、第三移动副作为驱动运动副，驱动机构采用滚珠丝杠***。第一移动副包括与第一驱动滑块5螺纹连接的第一滚珠丝杠14；第二移动副包括与第二驱动滑块8螺纹连接的第二滚珠丝杠17；所述第三移动副包括与所述第三驱动滑块11螺纹连接的第三滚珠丝杠21。

第一驱动滑块5、第二驱动滑块8、第三驱动滑块11通过其上的凹槽分别滑动安装在第一连杆4、第二连杆7、第三连杆10上的凸槽上。第一驱动滑块5上设有第一滑块凹槽15，第一连杆4上设有第一连杆凸槽12，第一驱动滑块5通过第一滑块凹槽15和第一连杆凸槽12的配合实现在第一连杆4上滑动。第二驱动滑块8上设有第二滑块凹槽18，第二连杆7上设有第二连杆凸槽16，第二驱动滑块8通过第二滑块凹槽18和第二连杆凸槽16的配合实现在第二连杆7上滑动。第三驱动滑块11上设有第三滑块凹槽22，第三连杆10上设有第三连杆凸槽20，第三驱动滑块11通过第三滑块凹槽22和第三连杆凸槽20实现在第三连杆10上滑动。

通过三条支链的滚珠丝杠的驱动，可以使得并联机构具有两转一移运动，即沿着上下(Z轴)的移动、绕着前后(X轴)的转动以及绕着左右(Y轴)的转动，通过几何构型，消除了工作空间内的奇异位形，可以用于实现物体的抓取、并联机床等领域。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种两转一移并联机构，其特征在于，包括定平台(1)、动平台(2)、及连接所述定平台(1)与动平台(2)的第一支链、第二支链和第三支链；

所述定平台(1)与三条支链的连接处呈等腰三角形布置；所述动平台(2)与三条支链的连接处呈等腰三角形布置；

所述第一支链包括第一连杆(4)和第一驱动滑块(5)，其中，所述第一驱动滑块(5)通过第一转动副(13)连接于定平台(1)，通过第一移动副连接第一驱动滑块(5)以及第一连杆(4)，通过第一虎克铰(3)连接第一连杆(4)以及动平台(2)；

所述第二支链包括第二连杆(7)和第二驱动滑块(8)，其中，所述第二驱动滑块(8)通过第一球副(19)连接于定平台(1)，通过第二移动副连接第二驱动滑块(8)和第二连杆(7)，通过第二转动副(6)连接第二连杆(7)和动平台(2)；

所述第三支链包括第三连杆(10)和第三驱动滑块(11)，其中，所述第三驱动滑块(11)通过第二球副(23)连接于定平台(1)，通过第三移动副连接第三驱动滑块(11)和第三连杆(10)，通过第二虎克铰(9)连接第三连杆(10)和动平台(2)。

2.如权利要求1所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述第一移动副包括与所述第一驱动滑块(5)螺纹连接的第一滚珠丝杠(14)；所述第二移动副包括与所述第二驱动滑块(8)螺纹连接的第二滚珠丝杠(17)；所述第三移动副包括与所述第三驱动滑块(11)螺纹连接的第三滚珠丝杠(21)。

3.如权利要求1或2所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述第一驱动滑块(5)、第二驱动滑块(8)、第三驱动滑块(11)通过其上的凹槽分别滑动安装在所述第一连杆(4)、第二连杆(7)、第三连杆(10)上的凸槽上。

4.如权利要求1所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述第一转动副(13)的轴线与定平台(1)平行，所述第一转动副(13)的轴线与第一虎克铰的第一轴线平行；所述第一虎克铰的第二轴线、第二转动副的轴线、第二虎克铰的第二轴线相互平行；所述第一移动副的运动方向与第一连杆(4)的轴线平行；第二移动副的运动方向与第二连杆(7)的轴线平行、第三移动副的运动方向与第三连杆(10)的轴线平行。

5.如权利要求1所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述第一驱动滑块(5)具有用于安装所述第一转动副(13)的圆柱形通孔和安装第一移动副的螺纹通孔；

所述第二支链与定平台(1)连接处设有用于安装第一球副(19)的外球面；所述第二驱动滑块(8)具有用于安装第一球副(19)的内球面和用于安装第二移动副的螺纹通孔；

所述第三支链与定平台(1)连接处设有用于安装第二球副(23)的外球面，所述第三驱动滑块(11)具有用于安装第二球副(23)的内球面和用于安装第三移动副的螺纹通孔。

6.如权利要求1所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述定平台(1)与动平台(2)皆为板状结构，所述定平台(1)始终位于动平台(2)的上方。

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