CN1843709A - 一种具有两转动和一平动自由度的并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间两转动一平动并联机构，由固定架、动平台以及空间轴对称均布设置在所述的固定架与动平台之间的三条结构相同的支链构成，所述每一支链由连接杆、直线导轨、驱动装置和拖板构成，所述直线导轨和驱动装置分别固定设置在连接杆上；所述连接杆一端通过具有三个回转自由度的铰链与所述动平台连接，所述拖板与所述直线导轨以移动副连接，且通过具有一个回转自由度的铰链与固定架连接。本发明机构由于将直线导轨与连接杆做成一体，可有效减小固定架沿直线导轨方向的尺寸，因而在实现相同自由度和保证相同刚度的情况下，可减少整个模块的质量。

Description

一种具有两转动和一平动自由度的并联机构
技术领域
本发明涉及一种三坐标并联机器人机构，特别是涉及一种可实现两转动和一平动自由度的空间并联机构。
背景技术
根据专利US6431802(或WO0025976、EP1123175、CA2349579、DE19850708)可知，现有的空间两转动一平动并联机构，包括固定架、动平台及三条结构相同的支链，每条支链包括驱动装置、直线导轨、拖板、铰链和连接杆五部分。这种并联机构的结构在空间呈轴对称分布，末端执行器与动平台固定连接，导轨方向平行于对称轴，拖板与直线导轨通过移动副连接；连接杆一端通过具有三个回转自由度的铰链与动平台连接，另一端通过具有一个回转自由度的铰链与拖板连接，驱动装置和直线导轨固定设置在固定架上，拖板用与伺服电机滚珠丝杠螺母副或其它直线驱动装置驱动。在采用这种结构形式的并联机构中，每个拖板可独立地在伺服电机滚珠丝杠螺母副的驱动下沿直线导轨移动，从而使动平台相对于固定架产生沿对称轴轴线的一个移动和绕垂直于该轴线的两个正交轴线的转动。
由于在上述机构中直线导轨与固定架固定连接，其存在的不足是：固定架沿导轨方向上的尺寸较大，当其与其它运动部件连接后一起做高速运动时，将产生较大的惯性负载。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可有效减少固定架沿直线导轨方向的尺寸的一种具有两转动和一平动自由度的并联机构。
本发明的一种空间两转动一平动并联机构，由固定架、动平台以及空间轴对称均布设置在所述的固定架与动平台之间的三条结构相同的支链构成，所述每一支链由连接杆、直线导轨、驱动装置和拖板构成，所述直线导轨和驱动装置分别固定设置在连接杆上；所述连接杆一端通过具有三个回转自由度的铰链与所述动平台连接，所述拖板与所述直线导轨以移动副连接，且通过具有一个回转自由度的铰链与固定架连接，所述具有一个回转自由度的铰链其轴线方向与所述支链对称轴轴线垂直，且与以所述对称轴为轴线的圆柱的径向垂直。
本发明的空间两转动一平动并联机构，由于将连接杆与驱动装置及直线导轨集成使其成为主动部件，拖板通过仅具有一个回转自由度的铰链与固定架连接，从而构成一种空间两转动一平动并联机构，该机构由于将直线导轨与连接杆做成一体，可有效减小固定架沿直线导轨方向的尺寸，因而在实现相同自由度和保证相同刚度的情况下，可减少整个模块的质量。
附图说明
附图为本发明的实施例整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。
如附图所示，本发明的空间两转动一平动并联机构，由固定架1、动平台9以及以Z轴为对称轴均布设置在所述的固定架1与动平台9之间的三条结构相同的支链构成。所述的三条支链分别由连接杆2、直线导轨3、驱动装置4，和拖板6构成，所述的直线导轨3和驱动装置4分别固定设置在所述的连接杆2上。所述支链与所述的固定架1和动平台9的连接方式是：所述连接杆2一端通过仅具有三个回转自由度的铰链7与所述动平台9连接，铰链7可以为球铰链；所述拖板6与所述的直线导轨3以移动副连接，并通过仅具有一个回转自由度的铰链5与固定架1连接，铰链5的结构形式为在拖板6两端有两个轴5，这两个轴再通过轴承与固定架1连接，这样就构成了一个回转副铰链，所述仅具有一个回转自由度的铰链5其轴线方向与对称轴轴线Z垂直，且与以对称轴Z为轴线的圆柱体的径向垂直。所述动平台9上还固定设置有电主轴8。
所述的每条支链中，连接杆2与动平台9之间仅具有三个回转自由度，连接杆2与拖板6之间仅具有一个相对移动的自由度，拖板6相对于固定架仅具有一个绕铰链5的回转自由度。如图1所示，轴线A、C、Z相互正交，当所述的三条支链同步运动时，动平台9及其上固定的电主轴8可实现沿对称轴Z的移动；当只有位于底部的支链单独运动时，动平台9及其上固定的电主轴8可实现绕轴线C的回转运动；当底部支链静止且上部的两条支链相互反向运动时，动平台9及其上固定的电主轴8可实现绕轴线A的回转运动。
本实施例中，驱动装置4采用了伺服电机—滚珠丝杠的结构形式，为连接杆2与拖板6之间提供一个移动自由度，为了达到同样目的，还可以采用直线电机驱动方式，为连接杆2与拖板6之间提供一个移动自由度。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。
本发明的空间两转动一平动并联机构，与现有技术的空间两转动一平动并联机构相比，其不同点在于：
(1)连接杆2与直线导轨3采用固定连接方式；
(2)连接杆2与驱动装置4采用固定连接方式；
(3)拖板6与固定架1通过仅具有一个回转自由度的铰链5连接。
本发明利用每条支链中连接杆2与动平台9之间的三自由度转动、连接杆2与拖板6之间的相对移动以及拖板6与固定架1之间的单自由度转动，使动平台9实现相对于固定架1的空间两转动一平动运动。同时，本发明为模块化设计，可通过固定架上的机械接口与两个正交的串接移动部件连接，进而构成5坐标数控机床单机和大型结构件的五坐标数控加工单元。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的固定架(包括形状和布局)、驱动装置以及铰链连接方式不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种空间两转动一平动并联机构，由固定架、动平台以及空间轴对称均布设置在所述的固定架与动平台之间的三条结构相同的支链构成，所述每一支链由连接杆、直线导轨、驱动装置和拖板构成，其特征在于：所述直线导轨和驱动装置分别固定设置在连接杆上；所述连接杆一端通过具有三个回转自由度的铰链与所述动平台连接，所述拖板与所述直线导轨以移动副连接，且通过具有一个回转自由度的铰链与固定架连接，所述具有一个回转自由度的铰链其轴线方向与所述支链对称轴轴线垂直，且与以所述对称轴为轴线的圆柱的径向垂直。
2.根据权利要求1所述的空间两转动一平动并联机构，其特征是，所述各支链的驱动装置采用伺服电机—滚珠丝杠结构。
3.根据权利要求1所述的空间两转动一平动并联机构，其特征是，所述各支链的驱动装置采用直线电机结构。
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