CN102161201B - 上下伸缩式三平一转并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种上下伸缩式三平一转并联机构，包括固定架、动平台以及对称设置在所述固定架与所述动平台之间的四组结构相同的支链，所述动平台包括相互平行且垂直轴线重合的上平台和下平台，所述上平台和下平台之间连接有连杆组导向机构，所述连杆组导向机构由沿所述动平台垂直轴线圆周分布的至少三组结构相同的双连杆结构组成，每组双连杆结构均包括与所述上平台铰接的上连杆和与所述下平台铰接的下连杆，所述上连杆和所述下连杆铰接。本发明通过转动机构和连杆组导向机构将上、下平台沿共同垂直轴线方向的相对移动转化为丝杠绕其轴线的转动，利用连杆组导向机构的过约束特性，保证上、下平台的垂直相对运动，刚度和稳定性好。

Description

上下伸缩式三平一转并联机构
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种机器人上下伸缩式三平一转并联机构。
背景技术
专利文献US20090019960和EP1084802公开了一种上下伸缩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：该机构动平台的多个部件处于同一个平面内，使动平台的尺寸较大，结构不紧凑，并且放大机构增加了动平台的重量，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上下伸缩式三平一转并联机构，该并联机构的动平台力传递效果好，使用寿命长，设计轻巧。
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：一种上下伸缩式三平一转并联机构，包括固定架、动平台以及对称设置在所述固定架与所述动平台之间的四组结构相同的支链，所述固定架上固接有驱动装置，所述动平台固接有下连接轴，每组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，所述两个平行的远架杆一端分别与所述上连接轴铰接，另一端分别与动平台上的所述下连接轴铰接，每组所述支链上的所述上连接轴、所述两个平行的远架杆及与其连接的所述下连接轴构成平行四边形，所述动平台包括平行且垂直轴线重合的上平台和下平台，所述上平台的两端和所述下平台的两端都分别固接有两个平行的所述下连接轴；所述上平台和下平台通过转动机构连接，所述转动机构包括固定在上平台上的丝杠螺母和与其转动连接的丝杠，所述丝杠由安装在所述下平台上的轴承支承，所述上平台和下平台之间还连接有连杆组导向机构，所述连杆组导向机构由沿所述动平台垂直轴线圆周分布的至少两组结构相同的双连杆结构组成，每组双连杆结构均包括与所述上平台铰接的上连杆和与所述下平台铰接的下连杆，所述上连杆和所述下连杆铰接。
所述多组相同的双连杆结构，当其中双连杆结构有相邻两组相互垂直布置时，应至少由两组构成，当其中双连杆结构任意两组都不垂直布置时，应至少由三组构成。
本发明具有的优点和积极效果是：动平台分为上、下平台两个部分，使动平台的部件不完全处于同一个平面，使动平台的总体尺寸减小，且不使用放大机构，结构紧凑；利用连杆组导向机构的过约束特性，保证上、下平台的在垂直于平台方向上相对运动，其结构设计巧妙，刚度和稳定性好，并且所有连杆组结构全部使用转动副连接，避免了移动副连接，使其导向性能好，力的传递效果好，运动方式明确，结构简明紧凑，克服了使用移动副作为导向机构而引起的受力不均匀，摩擦力较大等问题，故其有利于机构顺畅运行，提高了机构的稳定性和使用寿命，易实现高速运动，且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、固定架，2、近架杆，3、上连接轴，4a、4b远架杆，5、下连接轴，6、动平台，7、驱动装置，8、丝杠，9、丝杠螺母，10、上平台，11、上连杆，12、下连杆，13、下平台。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、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，本发明一种上下伸缩式三平一转并联机构，包括固定架1、动平台6以及对称布置在所述固定架1与动平台6之间的四条结构相同的支链；每条支链由近架杆2、上连接轴3、两个相互平行且等长的远架杆4a和远架杆4b构成。所述近架杆2的一端与固定于固定架1的驱动装置7的输出端固接，近架杆2的另一端与上连接轴3固接；所述远架杆4a和远架杆4b的一端分别通过球铰链与所述上连接轴3球铰接，另一端也分别通过球铰链与固接于所述动平台6上的下连接轴5球铰接；每条支链上的所述下连接轴5、所述上连接轴3和所述两个平行的远架杆4a和4b构成平行四边形；所述驱动装置7为与其固接的近架杆2提供一个转动自由度。
请参阅图2，所述动平台6由相互平行且垂直轴线重合的上平台10和下平台13构成，所述上平台10和下平台13分别固接有下连接轴5，所述上平台10和下平台13通过转动机构连接，所述转动机构包括固定在上平台10上的丝杠螺母9和与其连接的丝杆8，丝杆8由安装在下平台13上的轴承支承，该机构通过所述转动机构将上、下平台的相对移动转化成绕丝杠8的轴线的转动。上述动平台机构中，螺旋副直接承受了由上、下平台相对运动而产生的侧向力，会导致丝杠受力变形，运动阻力增大，使螺旋副容易磨损且运动精度降低。为克服上述缺陷，在丝杠8外侧设置多杆组导向机构，所述导向机构包括四组由上连杆11和下连杆12组成的结构相同的双连杆结构，所述上连杆11与下连杆12之间相互铰接，所述上连杆11与上平台10铰接，所述下连杆12与下平台13铰接，所述四组结构相同的双连杆结构以动平台的垂直轴线Z为轴成圆周均匀分布，构成一个多杆组导向机构，所述导向机构限制了上平台10相对于下平台13只能沿Z轴方向移动。
当所述上平台10与下平台13发生相对运动时，通过丝杠螺母9驱动丝杠8转动。采用多杆组导向机构可保证上下平台只能做沿Z轴方向的相对运动，使动平台6具有较高的侧向刚度，使上下平台相对运动时产生的侧向力不影响转动机构，满足机构一维转动的稳定性。
此例中多杆组导向机构中双杆结构为四组，当然，此导向机构中双连杆的组数为满足要求的其他数量亦可，当其中双连杆结构有相邻两组相互垂直布置时，应至少由两组构成，当其中双连杆结构任意两组都不垂直布置时，应至少由三组构成。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：
1)一维转动是通过转动机构将上、下平台沿垂直方向的相对移动转化而得到的。
2)导向机构是由多组结构相同的沿动平台垂直轴线圆周分布的双连杆结构组成。
3)导向机构中的双连杆结构全部是通过转动副连接，没有使用移动副，避免了受力不均匀，摩擦力大的问题，提高使用寿命。
4)导向机构利用了多组双连杆结构的过约束特性，保证了上、下平台垂直方向的相对运动，导向性能良好，有利于提高机构的刚度和稳定性。
本发明采用了多组结构相同的圆周分布的双连杆结构作为导向机构，此导向机构全部由转动副构成，利用多组铰链的过约束特性，保证上下平台的相对运动方向不变，其导向性能良好，结构简明巧妙，避免使用移动副作为导向机构，克服了移动副受力不均匀，摩擦力大，使用寿命短等缺点。故其力的传递效果好，使用寿命长，有利于机构顺畅运行，提高了机构的稳定性，易实现高速运动，且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)

1.一种上下伸缩式三平一转并联机构，包括固定架、动平台以及对称设置在所述固定架与所述动平台之间的四组结构相同的支链；所述固定架上固接有驱动装置；所述动平台固接有下连接轴；每组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，所述两个平行的远架杆一端分别与所述上连接轴铰接，另一端分别与动平台上的所述下连接轴铰接，每组所述支链上的所述上连接轴、所述两个平行的远架杆及与其连接的所述下连接轴构成平行四边形；所述动平台包括相互平行且垂直轴线重合的上平台和下平台，所述上平台的两端和所述下平台的两端都分别固接有两个平行的所述下连接轴；所述上平台和所述下平台通过转动机构连接，所述转动机构包括固定在上平台上的丝杠螺母和与其转动连接的丝杠，所述丝杠由安装在所述下平台上的轴承支承，其特征在于，所述上平台和下平台之间还连接有连杆组导向机构，所述连杆组导向机构由沿所述动平台垂直轴线圆周分布的至少两组结构相同的双连杆结构组成，每组双连杆结构均包括与所述上平台铰接的上连杆和与所述下平台铰接的下连杆，所述上连杆和所述下连杆铰接。
2.根据权利要求1所述的上下伸缩式三平一转并联机构，其特征在于，所述至少两组结构相同的双连杆结构，当其中双连杆结构有相邻两组相互垂直布置时，应至少由两组构成，当其中双连杆结构任意两组都不垂直布置时，应至少由三组构成。
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