CN102513996A - 双平行四边形式三平一转并联机构 - Google Patents

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赵学满
王攀峰
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Abstract

本发明公开了一种双平行四边形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，每条支链包括近架杆和一个平行四边形结构；所述动平台包括水平布置的一个主平台和两个副平台，两个副平台各自通过两组平行等长连杆与主平台转动连接构成两个平行四边形结构；在所述主平台上转动连接一个末端执行器，末端执行器上固接有一个小齿轮，在主平台上布置有两个结构相同且均与所述小齿轮啮合的齿扇，两个齿扇分别与主平台上两组平行四边形中的两个平行连杆固接且转动轴重合。本发明机构的动平台力传递效果好，使用寿命长且设计轻巧。

Description

双平行四边形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的具有空间三维平动一维转动的并联机构。 
背景技术
公开号为US20090019960A1，公开日为2009年1月22日的美国专利文献中公开了一种可实现三维平动一维转动的并联机构，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：该机构动平台尺寸较大，结构不紧凑，机构的刚度较差，负载能力不强。 
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种双平行四边形式三平一转并联机构，其动平台力传递效果好，使用寿命长且设计轻巧，是一种具有三维平动一维转动的并联机构。 
为了解决上述技术问题，本发明双平行四边形式三平一转并联机构予以实现的技术方案是：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的输出端固接，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球铰接，另一端分别与所述动平台上的下连接轴球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆构成平行四边形结构；所述动平台包括水平布置的一个主平台和两个副平台，所述两个副平台各自通过两个平行连杆与所述主平台转动连接，构成两个由所述副平台，所述主平台和所述平行连杆组成的平行四边形结构；在所述主平台上转动连接一个末端执行器；所述末端执行器上固接有一个小齿轮，主平台上布置有两个均与所述小齿轮啮合的齿扇，两个齿扇的旋转轴分别与主平台上两个平行连杆的转动轴重合。 
进一步讲，所述两个齿扇和所述一个小齿轮构成角度放大机构，并且通过过约束限制了动平台的自由度，当主平台与副平台发生相对错动时，通过角度放大机构将运动转化为 末端执行器的旋转运动。 
与现有技术相比，本发明的有益效果是： 
本发明具有的优点和积极效果是：采用主、副平台的方式进行布置，使整体结构紧凑，两个副平台通过平行四边形结构和角度放大机构的虚约束作用，保证了机构自由度的同时，提高机构的刚度和负载能力，所有连接均为转动副，避免了使用移动副而产生的受力不均匀，摩擦力大等不足，并利用角度放大机构将主、副平台之间的相互错动转化成末端执行器的旋转运动，其结构的刚度和稳定性较好，运动灵活，受力均匀，使用寿命长，易实现高速抓取，且满足复杂抓放操作的需要。 
附图说明
图1为本发明的结构示意图； 
图2为本发明中动平台的结构示意图； 
图3为本发明中动平台底面结构示意图。 
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-主平台       9a、9b-副平台 
10a、10b-平行连杆  11-执行器      12-小齿轮 
13a、13b-齿扇。 
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。 
如图1所示，本发明的双平行形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。所述固定架2上固接有驱动装置1，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和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于所述动平台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和所述两个平行的远架杆5a和5b构成平行四边形结构，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。 
所述动平台7包括水平布置的一个主平台8和两个副平台9a和9b，所述副平台9a通过两个平行连杆10a和10b与所述主平台8转动连接，从而构成了由所述副平台9a、所述主平台8和两个平行连杆10a和10b组成的平行四边形结构；所述副平台9b通过两个平行 连杆10c和10d与所述主平台8转动连接，从而构成了由所述副平台9b，所述主平台8和所述平行连杆10c和10d组成的平行四边形结构，如图2和图3所示，所述两个平行四边形结构沿所述主平台8的对称线X对称安装。在所述主平台8的对称线X上转动连接一个末端执行器11，所述末端执行器11上固接有一个小齿轮12，沿所述主平台对称线X对称布置两个结构相同的齿扇13a和13b分别与所述小齿轮12啮合安装，所述两个齿扇13a和13b的旋转轴分别与两个最外侧平行连杆10a和10d和主平台8的转动轴重合，所述齿扇的旋转轴和与之重合的平行连杆的转动轴同一轴件。两个齿扇13a和13b分别与各自对应的平行连杆10a和10d固接，两个齿扇13a和13b与所述的一个小齿轮12构成一角度放大机构，并且通过过约束限制了动平台7的自由度。当主平台8与副平台9a和9b发生相对错动时，通过角度放大机构将运动转化为末端执行器11的旋转运动。 
本发明双平行形式三平一转并联机构具有以下特点： 
(1).动平台由水平布置的主平台和两个副平台组成，其中副平台、主平台以及两组平行连杆组成两组平行四边形结构，主、副平台作为平行四边形对边产生相对平动。 
(2).两个副平台的运动通过固结于平行连杆的两齿扇与小齿轮的啮合传动作用产生运动约束，使得两组平行四边形产生相同的运动。 
(3).所有部件之间使用转动副连接，避免移动副连接时的受力不均匀，摩擦力大和使用寿命低的不足。 
本发明机构紧凑，刚度和稳定性较好，运动灵活，受力均匀，使用寿命高易实现高速抓取，且满足复杂抓放操作的需要。 
尽管上面结合图对本发明进行了描述，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，而不是限制性的，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的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。 

Claims (2)

1.一种双平行四边形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，其特征在于，每条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的输出端固接，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球铰接，另一端分别与所述动平台上的下连接轴球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆构成平行四边形结构；
所述动平台包括水平布置的一个主平台和两个副平台，所述两个副平台各自通过两个平行连杆与所述主平台转动连接，构成两个由所述副平台，所述主平台和所述平行连杆组成的平行四边形结构；在所述主平台上转动连接一个末端执行器；
所述末端执行器上固接有一个小齿轮，主平台上布置有两个均与所述小齿轮啮合的齿扇，两个齿扇的旋转轴分别与主平台上两个平行连杆的转动轴重合。
2.根据权利要求1所述的双平行四边形式三平一转并联机构，其特征在于，所述两个齿扇和所述一个小齿轮构成角度放大机构，并且通过过约束限制了动平台的自由度，当主平台与副平台发生相对错动时，通过角度放大机构将运动转化为末端执行器的旋转运动。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120627