CN102152306B - 杆轮组合式三平一转并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种杆轮组合式三平一转并联机构，包括动平台，所述动平台由两个水平的对称布置的分角机构组成；每个分角机构包括一个托板、两个分角连杆和两个分角齿轮，分角连杆与分角齿轮固接，所述分角齿轮与所述托板铰接，两个所述分角连杆上的分角齿轮相互啮合且相对所述托板中心线对称布置，所述托板上设有相邻的两个下连接轴；所述两个分角机构的分角连杆通过转动副一一对应连接；所述两个分角机构的四个分角连杆形成一个类菱形结构；在任意一个所述分角机构的托板上固接一角度放大机构，所述角度放大机构上固接有末端执行器。本发明设计巧妙独特，结构刚性和稳定性好，易实现高速运动，能满足复杂抓放操作的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种机器人的具有空间三维平动一维转动的并联机构。
背景技术
专利文献US20090019960和EP1084802公开了一种杆轮组合式三平一转并联机构，包括四个主动支链和一个动平台，每条支链包括近架杆和远架杆两部分。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，另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与远架杆的一端连接；远架杆另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与动平台连接，从而保证机构的平动；动平台由四个部件组成，其中两个部件需相互平行，另外两个部件与前述两个相互平行的部件通过转动铰链连接，通过部件之间的相互转动可实现绕垂直于动平台的轴线的转动自由度，同时配以相应的放大机构可扩大转角范围。上述机构的局限性在于：该机构动平台受驱动的部件是相当于平行四边形的一组对边，结构不紧凑，活动不灵活，受力不均匀，不利于提高机构效率。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种动平台力传递效果好，驱动灵活，使用寿命长且设计轻巧的杆轮组合式三平一转并联机构。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种杆轮组合式三平一转并联机构，包括固定架、动平台以及对称布置在所述固定架与动平台之间的四条结构相同的支链；所述固定架上固接有驱动装置；每条所述支链包括近架杆和两个平行且等长的远架杆，所述近架杆一端与所述驱动装置固接，另一端固接有上连接轴；两个平行的所述远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与下连接轴球铰接，所述下连接轴固接在所述动平台上；每条所述支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和两个平行的所述远架杆形成平行四边形；所述动平台由两个水平的对称布置的分角机构组成；每个分角机构包括一个托板、两个分角连杆和两个分角齿轮，所述分角连杆与所述分角齿轮固接，两个所述分角连杆上的分角齿轮相互啮合且相对所述托板中心线对称布置，所述托板上设有相邻的两个所述下连接轴；两个所述分角机构的分角连杆的另一端通过转动副一一对应连接；两个所述分角机构的四个分角连杆形成一个类菱形结构；在任意一个所述分角机构的托板上固接一角度放大机构，所述角度放大机构上固接有末端执行器。
所述角度放大机构包括齿扇和齿轮，所述齿扇固接在任意一个所述分角机构的所述托板上，所述齿扇的中心线与该分角机构中任意一个所述分角连杆与所述托板的转动副轴线重合，所述齿轮与该分角连杆转动连接，所述齿轮与所述齿扇啮合，所述齿轮上固接有末端执行器。
本发明具有的优点和积极效果是：利用分角齿轮配合使用时具有固定传动比的特性，限制多杆结构中的部分自由度，设计巧妙独特，结构刚性和稳定性好，驱动部件为相当于菱形结构顶点的两个托板，使动平台运动灵活，受力均匀，精度较高，并且机构中没有使用移动副，避免了摩擦力大和使用寿命低等不足，易实现高速运动，能满足复杂抓放操作的要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明动平台的结构示意图。
图中：1、驱动装置，2、固定架，3、近架杆，4、上连接轴，5a、5b远架杆，6、下连接轴，7、动平台，8、托板，9、分角齿轮，10a、10b、分角连杆，11、齿扇，12、齿轮，13、执行器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，本发明一种杆轮组合式三平一转并联机构，包括固定架2、动平台7以及对称布置在所述固定架2与动平台7之间的四条结构相同的支链；每条支链由近架杆3、上连接轴4、两个相互平行且等长的远架杆5a和5b构成。所述近架杆3的一端与固定于固定架2上的驱动装置1的输出端固接，近架杆3的另一端与上连接轴4固接；所述远架杆5a、5b的一端分别通过球铰链与所述上连接轴4球铰接，另一端也分别通过球铰链与固接在所述动平台7上的下连接轴6球铰接；每条支链上的所述下连接轴6、所述上连接轴4和两个所述平行的远架杆5a、5b构成平行四边形；所述驱动装置1为与其固接的近架杆3提供一个转动自由度。
请参见图2，所述动平台7包括两个水平的对称布置的分角机构，每个分角机构包括一个托板8、两个分角连杆10a、10b和两个分角齿轮9，分角连杆10与分角齿轮9固接，分角齿轮9与托板8铰接，两个分角连杆10a、10b上的分角齿轮9相互啮合且相对托板8中心线对称布置，所述托板8上设有相邻的两个所述下连接轴6；两个分角机构的分角连杆通过转动副一一对应连接，使两个分角机构的四个分角连杆形成一个类菱形结构。由于两个分角机构中两组分角齿轮的限制作用，在驱动相当于类菱形结构顶点的两个托板8时，动平台机构只能做沿类菱形对角线方向的拉伸和压缩的变形运动，使托板和分角连杆之间产生相对运动，通过角度放大机构可以将此相对运行转化成末端执行器的旋转运动。
所述角度放大机构包括齿扇11和齿轮12，所述齿扇11固接在一个托板8上，所述齿扇11的中心线与该托板8与分角连杆10b的转动副轴线重合，所述齿轮12与该分角连杆10b转动连接，且与所述齿扇11啮合，齿扇11和齿轮12之间的传动比可根据实际情况选择，在所述齿轮12上固接有末端执行器13，用以实现最终的旋转运动。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：
1)动平台由两个分角机构组成，使动平台形成一个类菱形结构，能沿菱形对角线做拉伸和压缩的变形运动。
2)动平台主要运动部件处于同一平面，在驱动动平台时，两个托板相当于类菱形的一对顶点，使动平台变形灵活，精确。
3)分角机构中使用了分角齿轮，利用齿轮配合使用时具有固定传动比的特性，使两个分角连杆的运动有关联性，限制了整体的自由度，保证了动平台运动方向的确定性。
4)动平台结构中全部使用转动副连接，没有使用移动副，避免了受力不均匀，摩擦力大，使用寿命低的问题。
本发明利用分角齿轮配合使用时具有固定传动比的特性，限制多杆结构中的部分自由度，设计巧妙独特，结构刚性和稳定性好，运动灵活，受力均匀，使用寿命高，易实现高速运动，能满足复杂抓放操作的要求。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种杆轮组合式三平一转并联机构，包括固定架、动平台以及对称布置在所述固定架与动平台之间的四条结构相同的支链；所述固定架上固接有驱动装置；每条所述支链包括近架杆和两个平行且等长的远架杆，所述近架杆一端与所述驱动装置固接，另一端固接有上连接轴；两个平行的所述远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与下连接轴球铰接，所述下连接轴固接在所述动平台上；每条所述支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和两个平行的所述远架杆形成平行四边形；其特征在于，所述动平台由两个水平的对称布置的分角机构组成；每个分角机构包括一个托板、两个分角连杆和两个分角齿轮，所述分角连杆的一端与所述分角齿轮固接，所述分角齿轮与所述托板铰接，两个所述分角连杆上的分角齿轮相互啮合且相对所述托板中心线对称布置，所述托板上设有相邻的两个所述下连接轴；两个所述分角机构的分角连杆的另一端通过转动副一一对应连接；两个所述分角机构的四个分角连杆形成一个类菱形结构；在任意一个所述分角机构的托板上固接一角度放大机构，所述角度放大机构上固接有末端执行器。
2.根据权利要求1所述的一种杆轮组合式三平一转并联机构，其特征在于，所述角度放大机构包括齿扇和齿轮，所述齿扇固接在任意一个所述分角机构的所述托板上，所述齿扇的中心线与该分角机构中任意一个所述分角连杆与所述托板的转动副轴线重合，所述齿轮与该分角连杆转动连接，所述齿轮与所述齿扇啮合，所述齿轮上固接有末端执行器。
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