CN102029615B - 并联机构及其平移支链 - Google Patents
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Abstract
一种用于并联机构的平移支链，包括摆动控制臂及与该摆动控制臂转动连接的四连杆结构，该四连杆结构包括第一连接轴、第二连接轴、第一连杆、第二连杆及四个连接组件，摆动控制臂与第一连接轴转动连接，该第一、第二连杆的端部与该第一、第二连接轴的端部重叠以形成四边形，并通过该四个连接组件转动连接，连接组件包括转轴、轴套及锁固件，第一连杆的两端与第二连杆的两端分别开设有轴孔，每一轴套套设于对应的转轴上，并与转轴一同穿设于对应的该轴孔中，且该转轴穿过与轴孔所在端部重叠的相应第一连接轴或第二连接轴，并与对应的锁固件锁合。本发明进一步提供一种采用该平移支链的并联机构，该并联机构具有运动灵活性高且生产成本低的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种并联机构，特别是一种用于工业机器人的并联机构及其平移支链。
背景技术
近年来，多自由度的并联机构在工业生产中得到了广泛的应用，特别是被广泛应用于工业机器人中以实现多方位的快速运动。目前，四自由度的并联机构应用最为广泛。如图1所示，为一种现有的四自由度并联机构100的结构示意图，其一般包括静平台11、动平台12及连接静平台11与动平台12的一个转动支链13和三个平移支链15。转动支链13可实现独立的旋转运动，三个平移支链15可实现XYZ三个维度的平移运动。每个平移支链15包括一个摆动控制臂151及一个四连杆结构152，摆动控制臂151与静平台11活动连接。四连杆结构152的四个连杆之间通过球铰链153转动连接，其中相对设置的两个连杆分别与摆动控制臂151及动平台12固定连接。工作时，电动机或其他驱动器驱动摆动控制臂151作一定角度的转摆运动，以带动四连杆结构152张合、平移、转动，从而实现动平台12的三维运动。
然而，上述四连杆结构152的连杆之间通过球铰链153转动连接，由于球铰链能够实现的偏摆角度有限（一般为25度以内），使得四连杆结构152的平移距离受到限制，导致采用四连杆结构152的并联机构100的运动灵活性较小。并且，球铰链不易加工，连杆与球铰链之间的配合间隙难以控制，组装工序复杂，导致采用四连杆结构152的并联机构100的生产成本较高。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种运动灵活性高且生产成本低的并联机构及其平移支链。
一种用于并联机构的平移支链，包括摆动控制臂及与该摆动控制臂转动连接的四连杆结构，该四连杆结构包括第一连接轴、第二连接轴、第一连杆、第二连杆四个连接组件，摆动控制臂与第一连接轴转动连接，该第一、第二连杆的端部与该第一、第二连接轴的端部重叠以形成四边形，并通过该四个连接组件转动连接，每个连接组件包括转轴、轴套及锁固件，该第一连杆的两端与该第二连杆的两端分别开设有轴孔，每一轴套套设于对应的转轴上，并与该转轴一同穿设于对应的该轴孔中，且该转轴穿过与该轴孔所在端部重叠的相应第一连接轴或第二连接轴，并与对应的锁固件锁合。
一种用于工业机器人的并联机构，包括静平台、动平台、转动支链以及上述平移支链，该转动支链及平移支链连接该静平台与该动平台。
上述并联机构中，四连杆结构的第一、第二连杆与第一、第二连接轴的端部重叠并通过转轴转动连接，第一、第二连杆相对于第一、第二连接轴的转动角度范围较大，因此平移支链的平移距离较大，使得并联机构的工作空间大，运动灵活性提高。并且，采用转轴连接方式的四连杆结构易于制造及组装，生产成本较低。
附图说明
图1是现有的四自由度并联机构的结构示意图。
图2是本发明较佳实施例的并联机构的平面示意图。
图3是本发明较佳实施例的平移支链的立体组装图。
图4是图3所示平移支链的立体分解图。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的并联机构及其平移支链作进一步的详细说明。
请参见图2，本发明较佳实施例的并联机构200为四自由度并联机构，其包括一个静平台10、一个动平台20及连接静平台10与动平台20的一个转动支链30和三个平移支链50。转动支链30及平移支链50通过驱动件60与静平台10活动连接。
请同时参见图3与图4，每个平移支链50包括一个摆动控制臂51及一个四连杆结构52。四连杆结构52包括一个第一连接轴521、一个第二连接轴522、一个第一连杆523、一个第二连杆524、多个连接组件525以及两个枢转组件526。第一连接轴521与摆动控制臂51转动连接，第二连接轴522与动平台20转动连接，第一、第二连杆523、524通过连接组件525分别与第一、第二连接轴521、522转动相连。
摆动控制臂51包括一个枢接部511以及一个摆动部512。摆动部512的端部形成有一个大体为圆柱状的枢转部513，枢转部513开设有一个圆形枢转孔5131。
第一连接轴521包括一个转轴部5211及从转轴部5211的两端垂直向外延伸的变形轴部5212。转轴部5211与两个变形轴部5212的结合处分别形成有一个凸缘5213及一个螺纹部5214，两个变形轴部5212的端部分别开设有一个轴孔5215。
第二连接轴522的结构与第一连接轴521相同。
第一连杆523大体为长条形，其第一端部、第二端部及中部均形成有一个大体为圆柱状的连接部5231，连接部5231上开设有一个圆形轴孔5232。
第二连杆524的结构与第一连杆相同。
每一个连接组件525包括一个转轴5251、一个轴套5252及一个锁固件5253。转轴5251的端部开设有可与锁固件5253锁合的螺纹部（图未示），轴套5252的外径略小于轴孔5232的半径，因而轴套5252可被放置于轴孔5232内。
每一个枢转组件526包括一个套筒5261、一个摩擦垫片5262、一个抵持件5263及一个锁固件5265。套筒5261的外径略小于枢转孔5131的半径，因而套筒5261可被放置于枢转孔5131内。
请同时参见图2，组装时，摆动控制臂51的枢接部511与静平台10上设置的驱动件60转动连接，摆动部512与第一连接轴521转动连接。套筒5261套设于第一连接轴521的转轴部5211上，第一连接轴521穿设于摆动控制臂51的枢转部513，转轴部5211连同套筒5261一同位于枢转孔5131内。凸缘5213抵持于枢转孔5131一侧防止套筒5261脱出，摩擦垫片5262及抵持件5263套设于第一连接轴521的螺纹部5214上，锁固件5265螺设于螺纹部5214上并推抵抵持件5263及摩擦垫片5262之间紧密贴合，以增加第一连接轴521相对于摆动控制臂51的转动稳定性。
然后，将第一、第二连杆523、524的第一端部分别与第一连接轴521的两端转动连接。轴套5252套设于转轴5251上，转轴5251依次穿设第一连杆523的轴孔5232及第一连接轴521的轴孔5215并与锁固件5253锁合。如此，第一连杆523的第一端部即与第一连接轴521的一端重叠并通过连接组件525转动连接。第二连杆524的第一端部以相同方式与第一连接轴521的另一端转动连接。
最后，将第二连接轴522与动平台20转动相连，连接方式与第一连接轴521与摆动控制臂51的连接方式相同。再将第一、第二连杆523、524的第二端部分别与第二连接轴522的两端重叠并通过连接组件525转动连接。
进一步地，四连杆结构52还包括一个加强杆527，其两端通过连接组件525分别与第一、第二连杆523、524的中部转动连接。加强杆527可增加四连杆结构52的刚性，且可保证四连杆结构52在运动中始终处于同一平面内，从而提高平移支链50在运动中的平稳性。
工作时，转动支链30可在电机等驱动装置的驱动下作旋转运动，摆动控制臂51可在电机等驱动装置的驱动下相对于静平台10作一定角度的转摆运动，以带动四连杆结构52张合、平移、转动，从而实现平移支链50在XYZ三个维度的平移运动。如此，转动支链30与三个平移支链50相互配合以带动动平台20实现旋转、升降、平移等运动。动平台20上可固定工业机器人的工作端或机床的刀具等，以完成工业生产中的工件取放、刀具切削、钻削等任务。
本发明的并联机构200中，第一、第二连杆523、524相对于第一、第二连接轴521、522的转动不会受到连接组件525的约束，转动角度范围较大（约为60度左右），因此平移支链50的平移距离较大，使得并联机构200的工作空间大，运动灵活性提高。并且，采用转轴连接方式的四连杆结构52易于制造及组装，生产成本较低。
另外，四连杆结构52设置加强杆527，可增加四连杆结构52的刚性，并提高平移支链50在运动中的平稳性。
第一、第二连接轴521、522上套设套筒5261，可使得第一、第二连接轴521、522与摆动控制臂51及动平台20之间的配合间隙较小，运动稳定性提高，并可保护第一、第二连接轴521、522不被磨损。转轴5251上套设轴套5252，也可减小第一、第二连杆523、524与转轴5251之间的配合间隙，提高平移支链50的运动稳定性以确保工业机器人的工作精度，同时也可保护转轴5251不被磨损，从而延长并联机构200的工作寿命。
可以理解，并联机构200不限于四自由度并联机构，还可为其他多自由度并联机构。套筒5261、摩擦垫片5262、抵持件5263、轴套5252及加强杆527均可被省略。
本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (8)
1.一种用于并联机构的平移支链，包括摆动控制臂以及与该摆动控制臂转动连接的四连杆结构，该四连杆结构包括第一连接轴、第二连接轴、第一连杆及第二连杆，其特征在于：该摆动控制臂与该第一连接轴转动连接，该四连杆结构还包括四个连接组件，该第一、第二连杆的端部与该第一、第二连接轴的端部重叠以形成四边形，并通过该四个连接组件转动连接，每个连接组件包括转轴、轴套及锁固件，该第一连杆的两端与该第二连杆的两端分别开设有轴孔，每一轴套套设于对应的转轴上，并与该转轴一同穿设于对应的该轴孔中，且该转轴穿过与该轴孔所在端部重叠的相应第一连接轴或第二连接轴，并与对应的锁固件锁合。
2.如权利要求1所述的平移支链，其特征在于：该四连杆结构还包括加强杆，该加强杆可转动地设置于该第一、第二连杆之间。
3.如权利要求1所述的平移支链，其特征在于：该摆动控制臂包括枢转部，该第一连接轴包括转轴部，该转轴部可转动地穿设该枢转部。
4.如权利要求3所述的平移支链，其特征在于：该四连杆结构还包括套筒，该套筒套设于该第一连接轴的转轴部，并与该转轴部一同位于该枢转部内。
5.如权利要求1所述的平移支链，其特征在于：该第一、第二连杆分别具有第一端部与第二端部，该第一、第二连杆的第一端部分别与该第一连接轴的两端重叠并通过该转轴转动连接，该第一、第二连杆的第二端部分别与该第二连接轴的两端重叠并通过该转轴转动连接。
6.一种用于工业机器人的并联机构，包括静平台、动平台以及连接该静平台与该动平台的转动支链及平移支链，该平移支链包括摆动控制臂及与该摆动控制臂转动连接的四连杆结构，该四连杆结构包括第一连接轴、第二连接轴、第一连杆以及第二连杆，其特征在于：该摆动控制臂与该第一连接轴转动连接，该四连杆结构还包括四个连接组件，该第一、第二连杆的端部与该第一、第二连接轴的端部重叠以形成四边形，并通过该四个连接组件转动连接，每个连接组件包括转轴、轴套及锁固件，该第一连杆的两端与该第二连杆的两端分别开设有轴孔，每一轴套套设于对应的转轴上，并与该转轴一同穿设于对应的该轴孔中，且该转轴穿过与该轴孔所在端部重叠的相应第一连接轴或第二连接轴，并与对应的锁固件锁合。
7.如权利要求6所述的并联机构，其特征在于：该摆动控制臂与该静平台活动连接；该第二连接轴与该动平台转动连接。
8.如权利要求7所述的并联机构，其特征在于：该四连杆结构还包括套筒，该套筒套设于该第一、第二连接轴上，并与该第一、第二连接轴一同穿设该摆动控制臂及该动平台。
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