CN100376363C - 双环三支链缩放式并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种双环三支链缩放式并联机构。它包括下平台、上平台和连接于上下平台之间的三条支链，每一条支链由9根连杆组成，构成两个大的6边形双环机构，整个双环机构等效于一个平行四边形，在输出端提供2个自由度，双环机构通过转动副与下平台相连、通过球副与上平台连接，双环机构底部水平连杆的两端分别安装有驱动电机，上平台可装工具或是手柄。本发明的单支链实际可等效为一缩放式结构且具有6个自由度，整个机构在平台处可获得6个自由度。其特点是结构紧凑，具有刚度高，位置和姿态工作空间大，运动灵活，动态响应好等特点。

Description

双环三支链缩放式并联机构
(一)技术领域
本发明涉及的是一种并联机构。
(二)背景技术
现已成功应用的通用型力觉主手多为3支链并联结构，它们相对于专用性主手和非3支链并联主手而言，有应用领域广泛和高刚度的优点。但是位置和姿态工作空间小和仍然不足够高的刚度的缺点限制了主手在某些领域的应用。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种具有大工作空间、高刚度、高灵活性和高响应性的一种新型双环三支链缩放式并联机构。
本发明的目的是这样实现的：它包括下平台、上平台和连接于上下平台之间的三条支链，每一条支链由9根连杆组成，构成两个大的6边形双环机构，整个双环机构等效于一个平行四边形，在输出端提供2个自由度，双环机构通过转动副与下平台相连、通过球副与上平台连接，双环机构底部水平连杆的两端分别安装有驱动电机，上平台可装工具或是手柄。
本发明还可以包括这样一些结构特征：
1、每条支链由9根连杆通过转动副连接构成；其中，6根连杆围成一个六边形，称为六杆环；另外3根连杆位于六杆环中且附加在六杆环上，所述的另外3根连杆包括两根长连杆和一根短连杆，两根长连杆与六杆环的一侧的上连杆和下连杆平行，短连杆水平放置且与六杆环中的上水平连杆、下水平连杆平行；所述的另外3根连杆与六杆环中上水平连杆、下水平连杆、六杆环一侧的上连杆和下连杆一起构成双平行四边形；所述的另外3根连杆所在的平面与六杆环所在的平面平行且有一定距离。
2、所述的球副由球窝和球组成，其中球窝由两列滚珠、套环和端盖组成，球上的杆的根部直径小于其后部直径，球与两列滚珠接触。
本发明的组成包括下平台、上平台和连接于上下平台之间的三条支链，每一条支链由9个杆组成。这9根连杆构成了两个大的6边形环，所以称为双环三支链。内环的3条支链的加入，使得整个环等效于一个平行四边形，在输出端提供2个自由度。双环通过转动副与下平台相连，通过球副与上平台连接，单支链实际可等效为一缩放式结构。双环机构底部水平杆的两端安装有两驱动电机，上平台可装工具或是手柄。
其中，连杆L1～L6围成一个六边形，称为六杆环；另3根连杆L7～L9附加在六杆环上，其具体的布置为两根长杆L7和L8分别与六杆环的同一侧的上连杆L3和下连杆L2平行，短连杆L9则水平放置，通过转动副分别将这四根长连杆L2、L3、L7和L8与连杆L1、L4一起构成两个平行四边形。这3根杆所在的平面与六杆环所在的平面平行而不共面(参见图3)，以避免连杆之间的干涉。
球副由球窝和球组成。其中球窝由两列滚珠、套环和端盖组成；球上的杆的根部直径小于其后部直径。球与两列滚珠接触。该球铰工作空间的圆锥角可达110°。球副安装在主边形最上连杆中心处，与其它运动副不相关。
本发明的的每一条支链具有6个自由度，从而整个机构也具有6个自由度。上平台中间装有一只手柄，操作者手握该手柄控制该机器人末端位置和姿态，从而实现遥操作或虚拟现实操作。本发明的机构它具有刚度大，结构紧凑，承载能力大，惯性低，运动响应好，运动精度好，并可反向驱动等特点，可以应用于：(1)主从遥操作，作为一种通用型力觉主手；(2)精密装配作业，作为装配机器人；(3)包装和搬运等要求大负载高速度场合。在强度要求不高的情况使用了球副，电机安装方便。电机采用同向安装，降低了对电机尺寸要求，可以选用较大的电机，省去了减速器。
(四)附图说明
图1是本发明的原理图；
图2球副的结构示意图；
图3是本发明的结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图3，并联主手的组成包括下平台8、上平台3和连接于上下平台之间的三条支链，三条支链中心对称分布，每一条支链由一个下摆杆7和一个由9个杆通过转动副连接的缩放仪机构5组成，下摆杆通过转动副与下平台相连，缩放仪机构通过球铰4与上平台连接，缩放仪机构底部水平杆的两端安装有两驱动电机6，上平台中间装有一只手柄1，手柄与上平台的连接处安装有力传感器2。结合图2，球副的组成包括：球9、滚珠10、套环11和端盖12。其中滚珠10、套环11和端盖12组成球窝；球上的杆的根部直径小于其后部直径。球与两列滚珠接触。该球铰工作空间的圆锥角可达90°。
其工作原理为：下摆杆通过转动副与下平台相连，具有1个自由度：由9个杆组成的缩放仪机构由安装于其底部水平杆两端的两电机驱动，具有2个自由度；缩放仪机构与上平台通过球铰相连，具有3个自由度。故每一支链具有6个自由度。整个主手机构由三条支链和上下平台构成，具有6个自由度。操作者手持手柄，在主手工作空间内可实现3个笛卡尔坐标轴的平动和绕3坐标轴的转动。该主手采用力控制策略，通过传感器接收到的手柄所受的6维力信息，使电机驱动机构实现运动。

Claims (3)

1.一种双环三支链缩放式并联机构，它包括下平台、上平台和连接于上下平台之间的三条支链，其特征是：每一条支链由9根连杆组成，构成两个大的6边形双环机构，整个双环机构等效于一个平行四边形，在输出端提供2个自由度，双环机构通过转动副与下平台相连、通过球副与上平台连接，双环机构底部水平连杆的两端分别安装有驱动电机，上平台可装工具或是手柄。
2.根据权利要求1所述的双环三支链缩放式并联机构，其特征是：每条支链由9根连杆通过转动副连接构成；其中，6根连杆围成一个六边形，称为六杆环；另外3根连杆位于六杆环中且附加在六杆环上，所述的另外3根连杆包括两根长连杆和一根短连杆，两根长连杆与六杆环的一侧的上连杆和下连杆平行，短连杆水平放置且与六杆环中的上水平连杆、下水平连杆平行；所述的另外3根连杆与六杆环中上水平连杆、下水平连杆、六杆环一侧的上连杆和下连杆一起构成双平行四边形；所述的另外3根连杆所在的平面与六杆环所在的平面平行且有一定距离。
3.根据权利要求1或2所述的双环三支链缩放式并联机构，其特征是：所述的球副由球窝和球组成，其中球窝由两列滚珠、套环和端盖组成，球上的杆的根部直径小于其后部直径，球与两列滚珠接触。
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