CN101249652B - 具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构，第一架杆和第二架杆的两端分别设置有拉紧器，所述拉紧器一端与所述第一架杆转动连接，另一端与所述第二架杆转动连接；所述第一架杆和第二架杆的首端、尾端分别设置有内沟槽；所述近架杆的末端两侧与远架杆连接的位置分别转动连接有转轴I，所述转轴I的尾端分别设置有与所述第一架杆和第二架杆的首端适配连接的外沟槽；所述动平台与所述转轴I对应地转动连接有转轴II，所述转轴II的尾端分别设置有与所述第一架杆和第二架杆的尾端适配连接的外沟槽。本发明采用开放式二自由度回转副实现了传统虎克铰的全部功能，但比传统的虎克铰易于消除径向、轴向间隙；有利于扩大机构的工作空间。

Description

具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构的机器人。
背景技术
美国专利US4976582(或WO8703528、EP0250470、CH672089、EP0250470、JP63501860T)公开了一种空间对称三平动并联机构，包括三条主动支链，每条支链包括近架杆和远架杆两部分。此类机构远架杆的形式分为两种，一种为单杆形式，杆的两端通过虎克铰分别与近架杆和动平台连接；一种为双杆构成的平行四边形，每根杆两端通过球铰链分别与近架杆和动平台连接，其中近架杆一端相对于固定机架仅具有一个移动或转动自由度，另一端通过球铰与远架杆的一端连接，从而限制动平台相对于固定机架的三个回转自由度。由于采用了虎克铰或球铰，限制了机构的工作空间，并且这两类铰链间隙不容易控制，不利于提高机构的精度。另外，此类机构铰链磨损后无法自动补偿间隙，长时间使用后会导致机构精度降低。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种有利于扩大机构的工作空间，易于消除铰链间隙的具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构。
本发明是通过下述技术方案予以实现的：一种具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构，包括固定架、动平台以及分别对称均匀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；所述支链包括固接于固定架的驱动装置，所述驱动装置的输出端连接有近架杆，所述近架杆连接有与所述动平台相连接的远架杆，所述远架杆包括平行设置的第一架杆和第二架杆，所述第一架杆和第二架杆的两端分别设置有拉紧器，所述拉紧器一端与所述第一架杆转动连接，另一端与所述第二架杆转动连接；所述第一架杆和第二架杆的首端、尾端分别设置有内沟槽；所述近架杆的末端两侧与远架杆连接的位置分别转动连接有转轴I，所述转轴I的尾端分别设置有与所述第一架杆和第二架杆的首端适配连接的外沟槽；所述动平台与所述转轴I对应地转动连接有转轴II，所述转轴II与所述转轴I的轴线平行，所述转轴II的尾端分别设置有与所述第一架杆和第二架杆的尾端适配连接的外沟槽。
所述第一架杆和第二架杆首端、尾端分别设置的内沟槽为内锥面沟槽，所述转轴I的尾端设置的外沟槽是外锥面沟槽，所述转轴II的尾端设置的外沟槽是外锥面沟槽。
所述第一架杆和第二架杆的首端、尾端分别设置的内沟槽为平面沟槽，所述转轴I的尾端设置的外沟槽是平面沟槽，所述转轴II的尾端设置的外沟槽是平面沟槽。
所述拉紧器包括弹性连接杆和销轴，所述弹性连接杆的两端分别设置有耳座，所述耳座的侧壁上设置有销孔。
所述的驱动装置采用伺服电机-减速器结构。
所述的驱动装置采用扭矩电机驱动结构。
所述的驱动装置采用直线电机驱动结构。
本发明的有益效果是：采用开放式二自由度回转副实现了传统虎克铰的全部功能，但比传统的虎克铰易于消除铰链的间隙；有利于扩大机构的工作空间。此外，本发明采用的连接方式可以自动补偿磨损产生的间隙，具有使用寿命长的特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为采用锥面配合的开放式二自由度回转副和拉紧器的安装结构示意；
图3为采用平面配合的开放式二自由度回转副和拉紧器的安装结构示意；
图4为本发明的一条支链结构示意图。
附图标记：1、固定架，2、驱动装置，3、近架杆，4a、4b、拉紧器，4a-1、弹性连接杆，4a-2、4a-3、耳座，4a-4、4a-5、销孔，5a1、5a2、转轴I，5a1-1、5a2-1、沟槽，5b1、5b2、转轴II，6、第一架杆，7、第二架杆，8、动平台，9、10、销轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图1至图4所示，一种具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构，由固定架1、动平台8和分别设置在所述的固定架1和动平台8之间的三条结构相同的支链构成；所述的三条支链之一的构成方式是：每条支链分别由驱动装置2，近架杆3，第一架杆6，第二架杆7，拉紧器4a、4b和结构相同的转轴I 5a1、5a2、转轴II 5b1、5b2构成，转轴I 5a1与转轴II 5b1的轴线平行，转轴I 5a2和转轴II 5b2的轴线平行，所述拉紧器4a包括弹性连接杆4a-1和销轴9、10，所述弹性连接杆的两端分别设置有耳座4a-2、4a-3，所述耳座的侧壁上设置有销孔4a-4、4a-5；所述第一架杆6和第二架杆7通过销轴9、10与拉紧器4a转动相连，拉紧器4b与拉紧器4a结构相同，第一架杆6和第二架杆7靠拉紧器4a、4b保持二者与近架杆3和动平台8的连接特性。
所述支链与所述的固定架1和动平台8的连接方式是：所述的驱动装置2固定连接固定架1；所述近架杆3的一端连接所述驱动装置2的输出端，其另一端转动连接有两个转轴5a1，5a2，请参见图2，图3，所述转轴尾端设置有沟槽5a1-1、5a2-1，沟槽可以是外锥面沟槽，也可以是平面沟槽。当使用外锥面沟槽时，该外锥面沟槽可与第一架杆6，第二架杆7端部设置的内锥面挂钩配合，组成一个开放式的二自由度回转副；当使用平面沟槽时，该平面沟槽可与第一架杆6，第二架杆7端部的平面挂钩配合，同样可以组成一个开放式的二自由度回转副。远架杆的另一端与动平台连接，其连接方式与远架杆和近架杆的连接方式相同。所述的远架杆在支链中平行分布并采用了拉紧器保证其与近架杆末端和动平台的连接。
这种新型结构易于拆卸，它与传统的虎克铰有同样的自由度但又与传统虎克铰有本质上的区别。第一架杆6和第二架杆7的另一端与动平台8同样构成各自的开放式二自由度回转副。
所述的驱动装置2与固定架1固定连接，可使其输出端为与其连接的近架杆3提供一个移动或转动自由度；所述的第一架杆6，第二架杆7通过各自两端的结构相同的开放式二自由度回转副可以限制动平台8的三个回转自由度。
本实施例中，驱动装置2采用了伺服电机-减速器的结构形式，为与其连接的近架杆3提供一个转动自由度，为了达到同样目的，还可以采用扭矩电机驱动，为与其连接的近架杆3提供一个转动自由度。在某种应用状况下，也可以采用直线电机的驱动方式，为与其连接的近架杆3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。
本发明与现有技术的空间三平动并联机构相比，其不同点在于：第一架杆6，第二架杆7与近架杆3的末端和动平台8采用的是开放式二自由度回转副，该结构实现了虎克铰的全部功能，但比传统的虎克铰更易于消除径向和轴向间隙。第一架杆6，第二架杆7之间采用拉紧器固定，易于装配。
该结构利用两根靠拉紧器连接的远架杆通过一种全新的开放式二自由度回转副连接近架杆和动平台，限制了动平台8的三个回转自由度，使动平台8相对固定架1仅具有空间三个平动自由度。
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 (7)

1.一种具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构，包括固定架、动平台以及分别对称均匀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；所述支链包括固接于固定架的驱动装置，所述驱动装置的输出端连接有近架杆，所述近架杆连接有与所述动平台相连接的远架杆，所述远架杆包括平行设置的第一架杆和第二架杆，其特征是，所述第一架杆和第二架杆的两端分别设置有拉紧器，所述拉紧器一端与所述第一架杆转动连接，另一端与所述第二架杆转动连接；所述第一架杆和第二架杆的首端、尾端分别设置有开放式内沟槽；所述近架杆的末端两侧与远架杆连接的位置分别转动连接有转轴I，所述转轴I的尾端分别设置有与所述第一架杆和第二架杆的首端适配连接的外沟槽，所述近架杆的末端与所述第一架杆和第二架杆的首端形成开放式二自由度回转副；所述动平台与所述转轴I对应地转动连接有转轴II，所述转轴II与所述转轴I的轴线平行，所述转轴II的尾端分别设置有与所述第一架杆和第二架杆的尾端适配连接的外沟槽，所述动平台与所述第一架杆和第二架杆的尾端形成开放式二自由度回转副。
2.根据权利要求1所述的具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构，其特征是，所述第一架杆和第二架杆首端、尾端分别设置的内沟槽为内锥面沟槽，所述转轴I的尾端设置的外沟槽是外锥面沟槽，所述转轴II的尾端设置的外沟槽是外锥面沟槽。
3.根据权利要求1所述的具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构，其特征是，所述第一架杆和第二架杆的首端、尾端分别设置的内沟槽为平面沟槽，所述转轴I的尾端设置的外沟槽是平面沟槽，所述转轴II的尾端设置的外沟槽是平面沟槽。
4.根据权利要求1所述的具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构，其特征是，所述拉紧器包括连接杆和销轴，所述连接杆的两端分别设置有耳座，所述耳座的侧壁上设置有销孔。
5.根据权利要求1所述的具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构，其特征是，所述的驱动装置采用伺服电机-减速器结构。
6.根据权利要求1所述的具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构，其特征是，所述的驱动装置采用扭矩电机驱动结构。
7.根据权利要求1所述的具有远架双杆的空间三平动自由度并联机构，其特征是，所述的驱动装置采用直线电机驱动结构。
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