CN103406897A - 具有二移一转的三自由度并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有二移一转的三自由度并联机构。目的是提供的并联机构应具有简单运动学正反解、较大工作空间、刚度高、结构简单以及制造方便的优点。技术方案是：具有二移一转的三自由度并联机构，包括机架以及动平台，其特征在于：所述动平台与机架之间并联连接着三个四杆机构；所述四杆机构包括定位在机架上的滑动副、动平台和两个相互平行且两端分别与滑动副中滑块以及动平台铰接的连杆。

Description

具有二移一转的三自由度并联机构
技术领域
本发明涉及一种数控并联机床的执行机构，具体是一种三自由度的并联机构。
背景技术
从Steward机构在轮胎测试及飞行模拟器上的成功应用开始，并联机构一直是诸多学者的研究对象。并联机构（PM）与传统的串联机构相比具有更大的刚度和负载以及更高的精度，因此从一定意义上来说并联机构同时具备了数控机床（高刚度、高精度和高速度）和工业机器人（低成本、灵活和易于集成）的优点。
但是并联机构（特别是多自由度并联机构）的运算比较复杂，目前还难以设计出一种同时具有简单运动学正反解、较大工作空间以及高刚度的简单多自由度并联机构，例如：申请号为200410064955.X的用作虚轴数控机床及机器人的两平移一转动并联机构，该机构具有部分控制解耦性的优点，但存在工作空间较小的缺点；申请号为200420093647.5的二维平动一维转动的悬置式三自由度并联机构，该机构具有结构简单和工作空间较大的优点，但是存在刚度较小的缺点。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种具有二移一转的三自由度并联机构，该并联机构应具有简单运动学正反解、较大工作空间、刚度高、结构简单以及制造方便的优点。
本发明的技术方案是：具有二移一转的三自由度并联机构，包括机架以及动平台，其特征在于：所述动平台与机架之间并联连接着三个四杆机构；所述四杆机构包括定位在机架上的滑动副、动平台和两个相互平行且两端分别与滑动副中滑块以及动平台铰接的连杆。
所述滑动副中：第二四杆机构中滑动副的运动方向与第三四杆机构中滑动副的运动方向位于同一直线上，第一四杆机构中滑动副的运动方向垂直于前述直线。
所述滑块与连杆均通过球铰进行铰接；所述动平台与第二四杆机构的连杆以及第三四杆机构的连杆均通过球铰进行铰接，动平台与第一四杆机构的连杆则通过转动副进行铰接，转动副的转轴轴线垂直于第一四杆机构滑动副的运动方向。
所述机架为T字形机架，T字形机架的一个轴向延伸臂以及两个侧向延伸臂均为与滑块配合形成滑动副的导轨。
本发明的有益效果是：
本发明的机架和动平台之间并联连接着三个四杆机构（四杆机构中连杆的两端分别通过球铰或转动副铰接在机架或动平台上），不仅能使动平台的运动学正反解更为简单，而且为动平台提供了较大的工作空间，可方便地对动平台的姿态进行控制；同时每个四杆机构中均配置有相应的滑块，可有效保证并联机构具有较高的刚度；另外，本发明的结构比较简单，制造也非常方便，可广泛应用到并联机器人以及并联机床等领域中。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，具有二移一转的三自由度并联机构，主要包括机架1、动平台4以及三个四杆机构。
该机架为T字形机架，主要包括一条轴向延伸臂1-1以及垂直固定在轴向延伸臂一端并且位于同一轴线上的两条侧向延伸臂1-2；轴向延伸臂以及两个侧向延伸臂均为与四杆机构中滑块配合形成滑动副的导轨。
所述动平台与机架之间并联连接着三个四杆机构（均为平行四边形机构），包括第一四杆机构、第二四杆机构以及第三四杆机构。这些四杆机构均由定位在机架上的滑动副、动平台和两个相互平行且两端分别与滑动副中滑块及动平台铰接的连杆组成。其中：第二四杆机构中滑动副的运动方向与第三四杆机构中滑动副的运动方向位于同一直线上，并且垂直于第一四杆机构中滑动副的运动方向；滑块与连杆之间均通过球铰进行铰接；动平台与第二四杆机构的连杆以及第三四杆机构的连杆之间均通过球铰进行铰接，与第一四杆机构的连杆之间则通过转动副进行铰接；两个转动副的转轴轴线垂直于第一四杆机构中滑动副的运动方向。
第一四杆机构中：滑动副为轴向延伸臂以及滑动地定位在轴向延伸臂上的轴向滑块2；铰接在滑动副中滑块以及动平台之间的连杆为一对轴向连杆5；轴向连杆的上端通过轴向球铰5-1铰接在轴向滑块的下端并且下端通过转动副5-2（一般为铰链）铰接在动平台上；两个轴向球铰的中心连线方向平行于轴向滑块的运动方向；同时两个转动副的轴线相互平行并且垂直于轴向滑块的运动方向。
第二四杆机构以及第三四杆机构中：每个滑动副为其中一个侧向延伸臂以及滑动地定位在该测向延伸臂上的侧向滑块3,两个侧向滑块的滑动方向位于同一直线上并且垂直于轴向滑块的滑动方向；铰接在滑动副中滑块以及动平台之间的连杆为两对侧向连杆6；每对侧向连杆的两端分别通过侧向球铰6-1（两对侧向连杆共配置8个侧向球铰）铰接在动平台的上端以及相应侧向滑块的下端；位于每对侧向连杆上方的两个侧向球铰（图中省略）的中心连线方向平行于轴向滑块的运动方向，位于每对侧向连杆下方的两个侧向球铰的中心连线方向也平行于轴向滑块的运动方向。
另外，轴向滑块和两个侧向滑块均由丝杠机构（图中省略）驱动。
当本发明工作时，轴向滑块和两个侧向滑块在丝杠机构的驱动下分别在轴向延伸臂及侧向延伸臂上滑动，因此动平台可绕两个轴向球铰的中心连线方向（即第一四杆机构滑动副的运动方向）作一维转动并且还能在第一四杆机构两个连杆轴线形成的平面内进行二维移动。
本发明在保证较高刚度的情况下有效地增大了工作空间，同时还简化了运动学正反解，若在动平台上再串联一个二自由度机构，还可作为混联机床使用。

Claims (3)

1.具有二移一转的三自由度并联机构，包括机架（1）以及动平台（4），其特征在于：所述动平台与机架之间并联连接着三个四杆机构；所述四杆机构包括定位在机架上的滑动副、动平台和两个相互平行且两端分别与滑动副中滑块以及动平台铰接的连杆；
所述滑动副中：第二四杆机构中滑动副的运动方向与第三四杆机构中滑动副的运动方向位于同一直线上，第一四杆机构中滑动副的运动方向垂直于前述直线。
2.根据权利要求1所述的具有二移一转的三自由度并联机构，其特征在于：所述滑块与连杆均通过球铰进行铰接；所述动平台与第二四杆机构的连杆以及第三四杆机构的连杆均通过球铰进行铰接，动平台与第一四杆机构的连杆则通过转动副进行铰接，转动副的转轴轴线垂直于第一四杆机构滑动副的运动方向。
3.根据权利要求2所述的具有二移一转的三自由度并联机构，其特征在于：所述机架为T字形机架，T字形机架的一个轴向延伸臂（1-1）以及两个侧向延伸臂（1-2）均为与滑块配合形成滑动副的导轨。
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