CN102189544A - 一种椭圆形六自由度并联机构 - Google Patents

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吴洪涛
程世利
李成刚
陈柏
朱玉川
缪群华
潘心伟
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Abstract

一种椭圆形六自由度并联机构，包括六组驱动杆、静平台和动平台；动平台通过六根驱动杆连接在静平台上，所述驱动杆与静平台通过下铰链连接，而驱动杆与动平台通过上铰链连接；连接驱动杆与静平台的六个下铰链分布在一个圆周上或是一个椭圆周上，连接驱动杆与动平台的六个上铰链分布在一个椭圆周上，本发明椭圆形六自由度并联机构通过使动平台与驱动杆的铰接点，即上铰链布置在一个椭圆周上，使得驱动杆在绕椭圆周长轴方向上获得较大的转角。

Description

一种椭圆形六自由度并联机构
技术领域
本发明涉及一种六自由度并联机构，尤其是一种改进结构的六自由度并联机构。
背景技术
1965年，Stewart关于6自由度并联机构用于飞行模拟器的论文发表之后，并联机构获得了学术界的广泛关注。6-SPS并联机构作为典型的6自由度并联机构，以其刚度高、承载能力大、运动反解简单等特点，得到了广泛的应用；其应用领域包括运动模拟器、并联机床、医疗器械、娱乐装置等。
1947年，英国伯明翰Dunlop Rubber公司的著名汽车工程师Eric Gough博士发明了第一台变杆长八面体六腿并联机构——通用轮胎测试机。1962年美国富兰克林研究所的工程师Klaus Cappel发明了第一台基于八面体并联机构的运动模拟器。1978年，澳大利亚机构学家Hunt提出并联机构可以应用于机器人操作。我国第一台商业化机床是哈尔滨工业大学和哈尔滨量具刃具厂合作推出的基于6-SPS平台的并联机床。
在这些6-SPS并联机构取得成功应用的范例中，无论是动平台与驱动杆的铰接点还是静止平台与驱动杆的铰接点都是半对称的布置在圆周上。由于这种对称性的存在，使得机构的性能也具有一定的对称性。然而，在实际的应用中，驱动杆在某个方向会需要较大的转角，而在其它方向上则无此要求，这种情况下不再适合采用驱动杆与动静平台铰接点对称布置的方式。
因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种可提高驱动杆转角的椭圆形六自由度并联机构。
为实现上述目的，本发明椭圆形六自由度并联机构可采用如下技术方案：
一种椭圆形六自由度并联机构，包括六组驱动杆、静平台和动平台；动平台通过六根驱动杆连接在静平台上，所述驱动杆与静平台通过下铰链连接，而驱动杆与动平台通过上铰链连接；连接驱动杆与静平台的六个下铰链分布在一个圆周上或是一个椭圆周上，连接驱动杆与动平台的六个上铰链分布在一个椭圆周上。
优选的，所述六个下铰链分布的圆周或椭圆周具有的圆心与相邻两个下铰链之间形成有夹角，所述两个相邻夹角的角平分线夹角为120°。
优选的，所述六个上铰链分布的椭圆周具有的圆心与相邻两个上铰链之间形成有夹角，所述两个相邻夹角的角平分线夹角为120°。
优选的，所述六个上铰链所在椭圆周的两个半轴不相等。
优选的，所述六个下铰链所在椭圆周的两个半轴相等时，六个下铰链分布在一个圆周上；所述六个下铰链所在椭圆周的两个半轴不相等时，六个下铰链分布在一个椭圆周上。
与背景技术相比，本发明椭圆形六自由度并联机构通过使动平台与驱动杆的铰接点，即上铰链布置在一个椭圆周上，使得驱动杆在绕椭圆周长轴方向上获得较大的转角。
附图说明
图1是本发明椭圆形六自由度并联机构动平台或静平台与铰链布置示意图。
图2是本发明椭圆形六自由度并联机构实施方式一的立体图。
图3是本发明椭圆形六自由度并联机构实施方式二的立体图。
图4是本发明椭圆形六自由度并联机构实施方式三的立体图。
图5是本发明椭圆形六自由度并联机构实施方式四的立体图
具体实施方式
本发明公开一种椭圆形六自由度并联机构，其包括六组驱动杆、静平台和动平台；运动平台通过六根驱动杆连接在静平台上，所述驱动杆与静平台通过下铰链连接，而驱动杆与动平台通过上铰链连接。
请再结合图1所示，设图1中的平台100为静平台，所述六个下铰链A、B、C、D、E、F分布的圆周或椭圆周200具有的圆心O与相邻两个下铰链之间形成有夹角α(如图中OA、OB的夹角)，所述两个相邻夹角α的角平分线夹角β(如图中OH、OG的夹角)为120°。
请再结合图1所示，设图1中的平台100为动平台，所述六个上铰链A、B、C、D、E、F分布的椭圆周200具有的圆心O与相邻两个上铰链之间形成有夹角α(如图中OA、OB的夹角)，所述两个相邻夹角的角平分线夹角β为(如图中OH、OG的夹角)120°。
驱动杆的铰接点与动、静平台的坐标可以表示如下表所示。其中a、b为动平台与驱动杆铰接点外接椭圆的两个半轴长度，c、d则为静平台与驱动杆铰接点外接椭圆的两个半轴的长度，x、y为平面坐标轴。当动、静平台铰接点，也就是顶点的外接椭圆的两个半轴相等时，就退化为目前所广泛应用的半对称的6-SPS并联机构。在本发明中要求动平台顶点的外接椭圆两个半轴为不等的，即a≠b。对于c和d则可以相等，也可以不相等，它们分别构成不同的实施方式。对应c和d相等时，静平台顶点的外接椭圆就退化为圆，此时各个顶点之间存在一个对称轴。
表椭圆形6-SPS并联机构的顶点坐标
Figure BDA0000057667040000031
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施方式一
请参阅上表及图2所示，当c＝d时，静平台1顶点分布在一个圆上，a≠b也就是动平台2的顶点布置在椭圆周上，所述驱动杆包括相连接的驱动杆上肢4以及驱动杆下肢5。此种情况下，在初始状态下连接动平台2与驱动杆上肢4的上铰链3所在椭圆的短轴与连接静平台1与驱动杆下肢5的下铰链6的对称轴是平行的。
实施方式二
请参阅上表及图3所示，当c＝d时，静平台1顶点分布在一个圆上，a≠b也就是动平台2的顶点布置在椭圆周上，所述驱动杆包括相连接的驱动杆上肢4以及驱动杆下肢5。此种情况下，在初始状态下连接动平台2与驱动杆上肢4的上铰链3所在椭圆的短轴与连接静平台1与驱动杆下肢5的下铰链6的对称轴是垂直的。
实施方式三
请参阅上表及图4所示，当c≠d时，静平台1顶点分布在一个椭圆上，a≠b也就是动平台2的顶点布置在椭圆周上，所述驱动杆包括相连接的驱动杆上肢4以及驱动杆下肢5。此种情况下，在初始状态下连接动平台2与驱动杆上肢4的铰链3所在椭圆的长轴与连接静平台1与驱动杆下肢5的铰链6所在椭圆的长轴是垂直的。
实施方式四
请参阅上表及图5所示，当c≠d时，静平台1顶点分布在一个椭圆上，a≠b也就是动平台2的顶点布置在椭圆周上，所述驱动杆包括相连接的驱动杆上肢4以及驱动杆下肢5。此种情况下，在初始状态下连接动平台2与驱动杆上肢4的铰链3所在椭圆的长轴与连接静平台1与驱动杆下肢5的铰链6所在椭圆的长轴是平行的。
本发明椭圆形六自由度并联机构通过使动平台与驱动杆的铰接点，即上铰链布置在一个椭圆周上，使得驱动杆在绕椭圆周长轴方向上获得较大的转角，适用于在某个方向上驱动杆需要较大转角的机械结构中。

Claims (5)

1.一种椭圆形六自由度并联机构，包括六组驱动杆、静平台和动平台；动平台通过六根驱动杆连接在静平台上，所述驱动杆与静平台通过下铰链连接，而驱动杆与动平台通过上铰链连接；其特征在于：连接驱动杆与静平台的六个下铰链分布在一个圆周上或是一个椭圆周上，连接驱动杆与动平台的六个上铰链分布在一个椭圆周上。
2.根据权利要求1所述的椭圆形六自由度并联机构，其特征在于：所述六个下铰链分布的圆周或椭圆周具有的圆心与相邻两个下铰链之间形成有夹角，所述两个相邻夹角的角平分线夹角为120°。
3.根据权利要求1或2所述的椭圆形六自由度并联机构，其特征在于：所述六个上铰链分布的椭圆周具有的圆心与相邻两个上铰链之间形成有夹角，所述两个相邻夹角的角平分线夹角为120°。
4.根据权利要求1或2所述的椭圆形六自由度并联机构，其特征在于：所述六个上铰链所在椭圆周的两个半轴不相等。
5.根据权利要求1或2所述的椭圆形六自由度并联机构，其特征在于：所述六个下铰链所在椭圆周的两个半轴相等时，六个下铰链分布在一个圆周上；所述六个下铰链所在椭圆周的两个半轴不相等时，六个下铰链分布在一个椭圆周上。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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