CN201380496Y - 一种三转动一移动四自由度并联机构 - Google Patents

一种三转动一移动四自由度并联机构 Download PDF

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Abstract

本实用新型的三转动一移动四自由度并联机构，包括一个四边形动平台、一个四边形静平台以及连接动平台和静平台对应边的四条支链，其中三条支链为结构相同的非约束支链，一条支链为约束支链，每条非约束支链由依次连接的第一虎克铰、具有两根滑杆的第一移动副和球铰组成和球铰组成，各条非约束支链上的第一虎克铰分别与静平台的一条边相连，球铰分别与动平台的一条边相连，约束支链由依次连接的旋转副、具有两根滑杆的第二移动副和第二虎克铰组成，约束支链上的旋转副与静平台的第四条边相连，第二虎克铰与动平台的第四条边相连，动平台的边长与静平台的边长不等。该并联机构不仅承载能力强，而且不具有奇异位形，在精密传感器，医疗手术等领域有很好的应用前景。

Description

一种三转动一移动四自由度并联机构
技术领域
本实用新型涉及一种四自由度并联机构，尤其是用于机器人实现空间三个方向转动和一个方向移动的四自由度并联机构。
背景技术
并联机构拥有许多优异的特性如误差小、刚度高、承载能力大等，但是其自身也存在着固有的缺点，奇异性就是并联机构的固有性质之一。对于并联机构而言奇异性通常是指当机构位于某种特定位形时，其动平台的正常自由度会发生瞬间改变。处于奇异位形状态下的并联机构会产生许多不良特性，如机构瞬时丧失刚度、末端定位精度降低、驱动力无法平衡动平台特定广义力等，因此研究如何消除机构的奇异性是并联机构非常关键的问题。
发明内容
针对上述不足，本实用新型的目的是提供一种无奇异性的可以实现空间三个方向转动和一个方向移动的四自由度并联机构。
本实用新型的三转动一移动四自由度并联机构，包括一个四边形动平台、一个四边形静平台以及连接动平台和静平台对应边的四条支链，其中三条支链为结构相同的非约束支链，一条支链为约束支链，每条非约束支链由依次连接的第一虎克铰、具有两根滑杆的第一移动副和球铰组成和球铰组成，各条非约束支链上的第一虎克铰分别与静平台的一条边相连，各条非约束支链上的球铰分别与动平台的一条边相连，第一虎克铰的两条旋转轴线均与静平台所在平面重合，球铰的球心与动平台所在平面重合，约束支链由依次连接的旋转副、具有两根滑杆的第二移动副和第二虎克铰组成，约束支链上的旋转副与静平台的第四条边相连，约束支链上的第二虎克铰与动平台的第四条边相连，第二虎克铰的两条旋转轴线与动平台所在平面重合，旋转副的轴线与静平台的第四条边垂直，动平台的边长与静平台的边长不等。
通常，使动平台的边长小于静平台的边长。
三转动一移动四自由度并联机构的静平台固定在机架上，三条非约束支链的第一移动副由直线电机驱动，约束支链的旋转副由旋转电机驱动。当电机驱动运动副运动后，三条非约束支链第一移动副的两根滑杆发生相互移动，约束支链的旋转副发生转动，四条支链同时带动动平台做相应的运动。由于四条支链在机构运动的过程中始终保持不平行的关系，根据机构的运动学分析可知，整个机构由四个电机驱动具有四个自由度，且不存在奇异性。
与现有的其他并联机构相比较，本实用新型具有的优点是：
1.并联机构结构简单、承载能力强、工作空间大、易于控制。
2.并联机构适用领域广泛，如可用作并联机床、精密传感器、手术机器人、钻机等。
3.并联机构不具有奇异性，在工作过程中可随意设计机构的进给路线，不会有某些位置上刚度消失以及驱动力无法平衡动平台特定广义力的问题。
附图说明
图1为三转动一移动四自由度并联机构的结构示意图。
图中：1.动平台，2.静平台，3.非约束支链，4.旋转副，5.第一移动副，6-1.第一滑杆，6-2.第二滑杆，7.第一虎克铰，8.球铰，9-1.第三滑杆，9-2.第四滑杆，10.第二移动副，11.第二虎克铰，12.非约束支链。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述：
参照图1，本实用新型的三转动一移动四自由度并联机构，包括一个四边形动平台1、一个四边形静平台2以及连接动平台1和静平台2对应边的四条支链，其中三条支链3为结构相同的非约束支链，一条支链12为约束支链，每条非约束支链由依次连接的第一虎克铰7、具有两根滑杆6-1、6-2的第一移动副5和球铰8组成，各条约束支链3上的第一虎克铰7分别与静平台2的一条边相连，各条非约束支链上的球铰8分别与动平台1的一条边相连，第一虎克铰7的两条旋转轴线均与静平台2所在平面重合，球铰8的球心与动平台所在平面重合，约束支链12由依次连接的旋转副4、具有两根滑杆9-1、9-2的第二移动副10和第二虎克铰11组成，约束支链12上的旋转副4与静平台2的第四条边相连，约束支链上的第二虎克铰11与动平台1的第四条边相连，第二虎克铰11的两条旋转轴线与动平台所在平面重合，旋转副4的轴线与静平台的第四条边垂直，动平台的边长与静平台的边长不等。
图例中，动平台的边长小于静平台的边长。
工作原理如下：并联机构的三条非约束支链3的第一移动副5在直线电机驱动下使两根滑杆发生相对滑移，使得非约束支链可以伸缩。约束支链12的旋转副4在旋转电机作用下可以旋转，使得约束支链可以转动。由于静平台2固定在机架上，四条支链的一端通过运动副固定在静平台2上，另一端通过运动副与动平台1相连，动平台在四条支链的共同作用下，可以发生空间的三个方向的转动和一个方向的移动。即可以绕旋转副4、第二虎克铰11的两条旋转轴转动以及沿O-o方向的移动。整个机构具有四个自由度，且不存在奇异性。

Claims (2)

1.一种三转动一移动四自由度并联机构，其特征在于包括一个四边形动平台(1)、一个四边形静平台(2)以及连接动平台(1)和静平台(2)对应边的四条支链，其中三条支链(3)为结构相同的非约束支链，一条支链(12)为约束支链，每条非约束支链由依次连接的第一虎克铰(7)、具有两根滑杆(6-1、6-2)的第一移动副(5)和球铰(8)组成，各条非约束支链(3)上的第一虎克铰(7)分别与静平台(2)的一条边相连，各条非约束支链上的球铰(8)分别与动平台(1)的一条边相连，第一虎克铰(7)的两条旋转轴线均与静平台(2)所在平面重合，球铰(8)的球心与动平台所在平面重合，约束支链(12)由依次连接的旋转副(4)、具有两根滑杆(9-1、9-2)的第二移动副(10)和第二虎克铰(11)组成，约束支链(12)上的旋转副(4)与静平台(2)的第四条边相连，约束支链上的第二虎克铰(11)与动平台(1)的第四条边相连，第二虎克铰(11)的两条旋转轴线与动平台所在平面重合，旋转副(4)的轴线与静平台的第四条边垂直，动平台的边长与静平台的边长不等。
2.根据权要求1所述的一种三转动一移动四自由度并联机构，其特征在于动平台的边长小于静平台的边长。
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