CN114083517A

CN114083517A - 并联机构

Info

Publication number: CN114083517A
Application number: CN202111417066.7A
Authority: CN
Inventors: 孙月海
Original assignee: Institute Of Medical Robot And Intelligent System Tianjin University
Current assignee: Institute Of Medical Robot And Intelligent System Tianjin University
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2022-02-25

Abstract

本公开提供了一种并联机构，包括：定平台、轴座部、支链部、支撑臂和动平台；轴座部安装于定平台上；两个支链部对称设置；支链部第一端与轴座部相连，支链部第二端与动平台相连；支撑臂第一端与轴座部相连，支撑臂第二端与动平台相连。本公开动平台在空间内具有2自由度，分别绕第一轴和第二轴转动；其中，第一轴和第二轴相垂直。

Description

并联机构

技术领域

本公开涉及医疗机器人领域，尤其涉及一种并联机构。

背景技术

并联机构一般指拥有2～6自由度的多闭环运动链的运动机构。由于它与串联机构相比，具有刚度/质量比大、便于模块化设计等特点，目前已被广泛应用于工业机器人、数控机床、运动模拟器、医用机器人以及微电子制造中的精密定位装置等多个方面。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种并联机构，以解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种并联机构，包括：

轴座部，安装于定平台上；

两个支链部，所述支链部第一端与所述轴座部相连，且两个所述支链部对称设置；

支撑臂，所述支撑臂第一端与所述轴座部相连；

动平台，与所述支链部第二端和所述支撑臂第二端相连，所述动平台分别绕第一轴和第二轴转动；其中，所述第一轴和所述第二轴相垂直。

在本公开的一些实施例中，所述轴座部包括：

第一轴座，与所述支撑臂连接；

第二轴座和第三轴座，分别与一个所述支链部第一端连接；

所述第一轴座、所述第二轴座和所述第三轴座安装于所述定平台上；所述第二轴座和所述第三轴座的回转轴相对于所述第一轴座的回转轴对称设置，且所述第一轴座、所述第二轴座和所述第三轴座的回转轴相交于中心点。

在本公开的一些实施例中，所述支撑臂呈L型结构，所述支撑臂包括：

轴孔，开设于所述支撑臂第一端；

第一十字轴，所述第一十字轴第一端与所述轴孔枢转连接，所述第一十字轴第二端与所述轴座部枢转连接。

在本公开的一些实施例中，所述支链部包括：

第一臂，所述第一臂第一端与所述轴座部同轴连接；

第二臂，所述第一臂侧壁与所述第二臂第一端枢转连接；所述第一臂两端的回转轴垂直且相交；

第三臂，所述第二臂第二端与所述第三臂第一端枢转连接；所述第二臂两端的回转轴平行设置；

第四臂，所述第三臂第二端通过第二十字轴与所述第四臂第一端枢转连接；所述第四臂第二端所述动平台转动相连；所述第三臂两端的回转轴垂直设置。

在本公开的一些实施例中，还包括：外部设备，与所述第一轴座、所述第二轴座和所述第三轴座中任两个连接。

在本公开的一些实施例中，所述外部设备为驱动电机和/或运动传感器。

在本公开的一些实施例中，所述动平台被动驱动时，所述外部设备分别安装于所述第二轴座和所述第三轴座处，用于驱动所述支链部绕第二轴座或所述第三轴座转动。

在本公开的一些实施例中，所述动平台被动驱动时，所述驱动装置安装于所述支链部中枢转连接的位置。

在本公开的一些实施例中，所述动平台主动驱动时，所述外部设备至少一个安装于所述第一轴座处。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开并联机构至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

本公开提供的并联机构具有空间内2自由度，并且设置两个虚约束支链部，为动平台提供更大的负载能力。

附图说明

图1为本公开实施例并联机构的示意图。

图2为图1中第一轴座、第二轴座和第三轴座的回转轴交汇于中心点的示意图。

图3为本公开实施例并联机构运动特性示意图。

图4为本公开实施例并联机构支撑臂的示意图。

图5为本公开实施例并联机构支链部的示意图。

图6为本公开实施例并联机构一种外部设备安装方式示意图。

图7为本公开实施例并联机构另一种外部设备安装方式示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的***”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的***等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的***”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的***等)。

本公开提供了一种并联机构，包括：定平台、轴座部、支链部、支撑臂和动平台；轴座部安装于定平台上；两个支链部对称设置；支链部第一端与轴座部相连，支链部第二端与动平台相连；支撑臂第一端与轴座部相连，支撑臂第二端与动平台相连；动平台分别绕第一轴和第二轴转动；其中，第一轴和第二轴相垂直。

图1为本公开实施例并联机构的示意图。如图1所示，本实施例提供一种并联机构包括：定平台01、动平台02、支链部等。为了便于区分，图中将两个支链部分别表示为第一支链部03、第二支链部04等。定平台01用于安装并联结构全部零部件，在其上方安装有三个轴座，分别是第一轴座05、第二轴座06、第三轴座07。其中，第二轴座06和第三轴座07以第一轴座05的回转轴为对称轴对称设置。三轴座回转轴交于一点O，如图2所示。

图3为本公开实施例并联机构运动特性示意图。如图3所示，动平台02在空间内具有2自由度，分别是如图上坐标系所示的绕x轴(即第一轴)的转动和绕y轴(即第二轴)的转动。

图4为本公开实施例并联机构支撑臂的示意图。如图4所示，动平台02下方固定安装支撑臂08，在支撑臂08设置有用于安装转轴的轴孔09，第一十字轴10的第一轴a安装在轴孔09处，第一十字轴10的第二轴b安装在第一轴座05的轴孔内，第一十字轴10可在轴孔09内转动。在动平台02上还设置有第一支链轴孔11和第二支链轴孔12，分别用于安装第一支链部03和第二支链部04。

图5为本公开实施例并联机构支链部的示意图。如图5所示，第一支链03包括：第一臂13、第二臂14、第三臂15、第二十字轴16、第四臂17。第一臂13一端与第二轴座06的轴孔连接，第一臂13可在第二轴座06上转动。第一臂13另一端与第二臂14连接，第二臂14可在第一臂13上转动。第一臂13上设置的两转轴相互垂直且交于一点。第二臂14另一端与第三臂15转动连接，第二臂14两端的转轴轴线平行设置。第三臂15另一端通过第二十字轴16与第四臂17连接，第三臂15两端转轴轴线垂直设置，第四臂17与第一臂13结构相同。第四臂17另一端与动平台02上的轴孔11连接，第四臂17可在动平台02上转动。

第二支链04与第一支链部03结构相同。第二支链04一端与第三轴座07连接，第二支链04另一端与动平台02上的轴孔12连接，连接方式与第一支链部03相同，这里不再进行赘述。

对照图1，本实施例提供的并联机构具有空间内2自由度。其中第一支链部03和第二支链04对动平台02本身的运动没有影响，两个支链部为虚约束支链，其目的在于为动平台02提供更大的负载能力。同时，并联机构具有确定运动所需互动数为2，如图1所示定平台01上有3个用于支撑并联机构的支撑点位，即第一轴座05、第二轴座06、第三轴座07，可从中任选2个作为外部设备的安装处。外部设备例如为驱动电机或运动传感器。如去除两个支链部，仅有第一轴座05可用于安装驱动电机或传感器，安装空间有限，不利于实现动平台02的运动控制。

图6为本公开实施例并联机构一种外部设备安装方式示意图。如图6所示，当动平台02作为被动运动构件时，可分别在第一支链部03和第二支链部04中选择两个构件作为主动件，如将两驱动电机18分别安装在第二轴座06和第三轴座07处，分别驱动第一支链部03的第一臂13绕第二轴座06转动、第二支链部04的第一臂13绕第三轴座07转动。

图7为本公开实施例并联机构另一种外部设备安装方式示意图。如图7所示，将两个驱动电机18分别安装在两支链部中的第二臂与第三臂铰接处，驱动支链部中第三臂15绕第二臂14的转动。

当动平台02为主动运动构件时，一般为外部设备至少一个安装于第一轴座05处。此时驱动电机18可以替换为运动传感器，即可检测动平台02的运动输出参数。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims

1.一种并联机构，包括：

轴座部，安装于定平台上；

支撑臂，所述支撑臂第一端与所述轴座部相连；

2.根据权利要求1所述的并联机构，其中，所述轴座部包括：

第一轴座，与所述支撑臂连接；

第二轴座和第三轴座，分别与一个所述支链部第一端连接；

3.根据权利要求1所述的并联机构，其中，所述支撑臂呈L型结构，所述支撑臂包括：

轴孔，开设于所述支撑臂第一端；

第一十字轴，所述第一十字轴第一轴与所述轴孔枢转连接，所述第一十字轴第二轴与所述轴座部枢转连接。

4.根据权利要求1所述的并联机构，其中，所述支链部包括：

第一臂，所述第一臂第一端与所述轴座部同轴连接；

5.根据权利要求2所述的并联机构，其中，还包括：外部设备，与所述第一轴座、所述第二轴座和所述第三轴座中任两个连接。

6.根据权利要求5所述的并联机构，其中，所述外部设备为驱动电机和/或运动传感器。

7.根据权利要求5所述的并联机构，其中，所述动平台被动驱动时，所述外部设备分别安装于所述第二轴座和所述第三轴座处，用于驱动所述支链部绕第二轴座或所述第三轴座转动。

8.根据权利要求5所述的并联机构，其中，所述动平台被动驱动时，所述驱动装置安装于所述支链部中枢转连接的位置。

9.根据权利要求5所述的并联机构，其中，所述动平台主动驱动时，所述外部设备至少一个安装于所述第一轴座处。