CN103600344B - 被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构，该机构包括设置在固定平台上的第一组平行导轨和第二组平行导轨，设置在第一组平行导轨上的第一运动滑块和设置在第二组平行导轨上的第二运动滑块，运动平台，至少六根定长连杆通过被动球铰并联连接在运动平台与第一运动滑块和第二运动滑块与之间，其中，第一运动滑块和第二运动滑块为驱动滑块，运动平台与第二运动滑块之间并联连接有至少两根定长连杆。该机构连杆构件的力学性能可以得到充分发挥且在垂直于运动平面的方向上具有良好的刚度。

Description

被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构

技术领域

本发明属于并联机器人领域，具体涉及一种被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构。

背景技术

并联机构是一种在运动平台和固定平台间并联连接多个运动构件的机构系统。由于其运动构件是并联连接，一般而言并联机构与串联机构相比具有更高的刚度和更好的动态性能。因此，并联机构被广泛应用于飞行模拟器、机床、地震模拟器等载荷较大及动态性能要求比较高的领域。二自由度平面平移并联机构是并联机构的重要构态之一，有着广泛的应用前景。

目前，二自由度平面平移并联机构，例如公开号或公告号为CN101804629A、CN1628939A、CN2693426Y、CN2741730Y、CN1589191A和CN1715009A的中国专利披露的二自由度平面平移并联机构，其被动运动副主要是转动副，运动构件将受到5个约束反力的作用，构件除受到拉压力作用之外，还受到弯矩、扭距的作用，使构件材料的力学性能得不到充分发挥，并进一步制约了并联机构的刚度和动态性能的提高。另外，上述二自由度平面平移并联机构都是平面结构，导致这些机构在垂直于运动平面的方向上的刚度不高。正是由于此原因，现有其它专利（CN101224578A、CN101224577A）提出用虎克铰作为被动运动副，这样运动构件可只受到2个约束反力，即拉压力和扭距的作用，较好地改善了构件的受力，但因其不是二力杆，构件材料的力学性能也没有得到充分的发挥。

发明内容

本发明为解决现有二自由度平面平移并联机构存在的运动构件材料的力学性能发挥不充分、刚度和动态性能不高的问题，提出一种二自由度平面平移并联机构。

本发明提出的被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构，包括固定平台，设置在固定平台上的第一组平行导轨和第二组平行导轨，设置在第一组平行导轨上的第一运动滑块和设置在第二组平行导轨上的第二运动滑块，运动平台，至少六根定长连杆，定长连杆均通过被动球铰并联连接在运动平台与第一运动滑块和第二运动滑块与之间，其中，运动平台与第二运动滑块之间并联连接有至少两根定长连杆；第一运动滑块和第二运动滑块均为驱动滑块；连接定长连杆与运动平台的被动球铰中心在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影至少有三个点；与第一运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线相互平行或重合，且与第一运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线的长度相等；与第二运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线相互平行或重合，且与第二运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线的长度相等；与第一运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线和与第二运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线既不平行也不重合；与第一运动滑块连接的定长连杆的轴线在垂直于第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线的平面上的投影线或投影线的延长线之间至少有一个相交点；与第二运动滑块连接的定长连杆的轴线在垂直于第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线的平面上的投影线或投影线的延长线之间至少有一个相交点。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于，本发明主要的受力连杆两端为被动球铰连接，因此连杆不承受弯矩或扭距的作用，这样连杆为二力杆构件，连杆构件材料的力学性能可以得到充分发挥；另外，本发明二自由度平面平移并联机构虽然是平面运动机构，但是其机构不是靠传统的平面结构实现，而是空间布置的结构，这样使得本发明机构在垂直于运动平面的方向上具有更好的刚度。

附图说明

图1是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例1的结构示意图，其中，图1（a）是实施例1的立体视图，图1（b）是实施例1的主视图，图1（c）是实施例1的侧视图。

图2是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例2的结构示意图。

图3是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例3的结构示意图。

图4是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例4的结构示意图。

图5是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例5的结构示意图。

图6是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例6的结构示意图。

图7是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例7的结构示意图。

图8是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例8的结构示意图。

图9是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例9的结构示意图。

图10是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例10的结构示意图。

图11是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例11的结构示意图。

图12是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例12的结构示意图。

图13是本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构实施例13的结构示意图。

具体实施方式

本发明被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构的结构为：

包括固定平台1，设置在固定平台1上的第一组平行导轨21和第二组平行导轨22，设置在第一组平行导轨21上的第一运动滑块31和设置在第二组平行导轨22上的第二运动滑块32，运动平台7；

还包括至少六根定长连杆，所述定长连杆均通过被动球铰并联连接在运动平台7与第一运动滑块31和第二运动滑块32与之间，其中，第一运动滑块和第二运动滑块为驱动滑块，运动平台7与第一运动滑块31之间并联连接有至少两根定长连杆；

连接定长连杆与运动平台7的被动球铰中心在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影至少有三个点；

与第一运动滑块31连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相互平行或重合，且与第一运动滑块31连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线的长度相等；

与第二运动滑块32连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相互平行或重合，且与第二运动滑块32连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线的长度相等；

与第一运动滑块31连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线和与第二运动滑块32连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线既不平行也不重合；

与第一运动滑块31连接的定长连杆的轴线在垂直于第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线的平面上的投影线或投影线的延长线之间至少有一个相交点；

与第二运动滑块32连接的定长连杆的轴线在垂直于第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线的平面上的投影线或投影线的延长线之间至少有一个相交点。

实施例1

结合图1（a），本实施例的结构包括固定平台1，设置在固定平台1上的第一组平行导轨21和第二组平行导轨22，第一组平行导轨21和第二组平行导轨22的轴线重合；

设置在第一组平行导轨21上的第一运动滑块31和设置在第二组平行导轨22上的第二运动滑块32，运动平台7；

并联连接在第一运动滑块31与运动平台7之间的第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53，第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53与第一运动滑块31之间分别通过被动球铰41、42、43相连接，第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53与运动平台7之间分别通过被动球铰61、62、63相连接；

并联连接在第二运动滑块32与运动平台7之间的第四定长连杆54、第五定长连杆55、第六定长连杆56，第四定长连杆54、第五定长连杆55、第六定长连杆56与第二运动滑块32之间分别通过被动球铰44、45、46相连接，第四定长连杆54、第五定长连杆55、第六定长连杆56与运动平台7之间分别通过被动球铰64、65、66相连接，

如图1（b）所示，被动球铰61、62、63的中心在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影点为两点，被动球铰64、65、66的中心在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影点为两点；

如图1（b）所示，第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相互平行或重合，且第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线长度相等；

如图1（b）所示，第四定长连杆54、第五定长连杆55、第六定长连杆56在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相互平行或重合，且第四定长连杆54、第五定长连杆55、第六定长连杆56在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线长度相等；

如图1（b）所示，第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线与第四定长连杆54、第五定长连杆55、第六定长连杆56在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线，如图1（b）所示，既不平行也不重合，。

如如图1（c）所示，第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53在垂直于第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线的平面上的投影线不相交，但投影线的延长线相交；

如图1（c）所示，第四定长连杆54、第五定长连杆55、第六定长连杆56在垂直于第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线的平面上的投影线不相交，但投影线的延长线相交。

实施例2

本实施例的结构如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，第一组平行导轨21的轴线与第二组平行导轨22的轴线相互平行布置，因此第一运动滑块31和第二运动滑块32的运动方向相互平行。

实施例3

本实施例的结构如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，被动球铰61、62、63的中心在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影点为三点，被动球铰64、65、66的中心在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影点为三点，第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53在垂直于第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线的平面上的投影线相交，第四定长连杆54、第五定长连杆55、第六定长连杆56在垂直于第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线的平面上的投影线相交。

实施例4

本实施例的结构如图4所示，本实施例与实施例3的区别在于，第一组平行导轨21的轴线与第二组平行导轨22的轴线相互平行布置，因此第一运动滑块31和第二运动滑块32的运动方向相互平行。

实施例5

本实施例的结构如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线与第四定长连杆54、第五定长连杆55、第六定长连杆56在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相交。

实施例6

本实施例的结构如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于：

第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53、第四定长连杆54通过球绞连接在第一运动滑块31和运动平台7之间，第五定长连杆55、第六定长连杆56通过球绞连接在第二运动滑块32和运动平台7之间；

第一定长连杆51、第二定长连杆52在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相互重合，第三定长连杆53、第四定长连杆54在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相互重合，第一定长连杆51与第四定长连杆54在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相互平行，且第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53、第四定长连杆54在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线长度相等；

第五定长连杆55、第六定长连杆56在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影相互重合，且第五定长连杆55、第六定长连杆56在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线长度相等；

被动球铰61、62、63、64的中心在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影点为两点，被动球铰65、66的中心在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影点为一点。

实施例7

本实施例的结构如图7所示，本实施例与实施例6的区别在于，第一组平行导轨21的轴线与第二组平行导轨22的轴线相互平行布置，因此第一运动滑块31和第二运动滑块32的运动方向相互平行。

实施例8

本实施例的结构如图8所示，本实施例与实施例6的区别在于，第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53、第四定长连杆54在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相交，第五定长连杆55、第六定长连杆56在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相交。

实施例9

本实施例的结构如图9所示，本实施例与实施例8的区别在于，第一组平行导轨21的轴线与第二组平行导轨22的轴线相互平行布置，因此第一运动滑块31和第二运动滑块32的运动方向相互平行。

实施例10

本实施例的结构如图10所示，本实施例与实施例1的区别在于：

第二运动滑块32与运动平台7之间还通过被动球铰连接有第七定长连杆57，第七定长连杆57与第二运动滑块32之间通过被动球铰47相连、与运动平台7之间通过球铰67相连；

第四定长连杆54、第五定长连杆55、第六定长连杆56、第七定长连杆57在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相互平行或重合，且第四定长连杆54、第五定长连杆55、第六定长连杆56、第七定长连杆57在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线长度相等。

实施例11

本实施例的结构如图11所示，本实施例与实施例10的区别在于，第一组平行导轨21的轴线与第二组平行导轨22的轴线相互平行布置，因此第一运动滑块31和第二运动滑块32的运动方向相互平行。

实施例12

本实施例的结构如图12所示，本实施例与实施例10的区别在于：

第一运动滑块31与运动平台7之间还通过被动球铰连接有八定长连杆58，第八定长连杆58与第一运动滑块31之间通过被动球铰48相连、与运动平台7之间通过被动球铰68相连；

第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53、第八定长连杆58在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线相互平行或重合，且第一定长连杆51、第二定长连杆52、第三定长连杆53、第八定长连杆58在第一组平行导轨21和第二组平行导轨22轴线所在垂面上的投影线长度相等。

实施例13

本实施例的结构如图13所示，本实施例与实施例12的区别在于，第一组平行导轨21的轴线与第二组平行导轨22的轴线相互平行布置，因此第一运动滑块31和第二运动滑块32的运动方向相互平行。

Claims (4)

1.被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构，包括固定平台，设置在固定平台上的第一组平行导轨和第二组平行导轨，设置在第一组平行导轨上的第一运动滑块和设置在第二组平行导轨上的第二运动滑块，运动平台，其特征在于，

还包括至少六根定长连杆，定长连杆均通过被动球铰并联连接在运动平台与第一运动滑块和第二运动滑块与之间，其中，运动平台与第二运动滑块之间并联连接有至少两根定长连杆；

第一运动滑块和第二运动滑块均为驱动滑块；

连接定长连杆与运动平台的被动球铰中心在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影至少有三个点；

与第一运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线相互平行或重合，且与第一运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线的长度相等；

与第二运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线相互平行或重合，且与第二运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线的长度相等；

与第一运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线和与第二运动滑块连接的定长连杆的轴线在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在垂面上的投影线既不平行也不重合；

与第一运动滑块连接的定长连杆的轴线在垂直于第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线的平面上的投影线或投影线的延长线之间至少有一个相交点；

与第二运动滑块连接的定长连杆的轴线在垂直于第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线的平面上的投影线或投影线的延长线之间至少有一个相交点。

2.根据权利要求1所述的被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构，其特征在于，第一组平行导轨的轴线与第二组平行导轨的轴线重合或者相互平行。

3.根据权利要求1所述的被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构，其特征在于，在垂直于第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线的方向上，与第一运动滑块相连的定长连杆之间相互交叉布置，与第二运动滑块相连的定长连杆之间相互交叉布置。

4.根据权利要求1所述的被动铰为球铰的二自由度平面平移并联机构，其特征在于，在第一组平行导轨和第二组平行导轨轴线所在的垂面上，与第一运动滑块相连的定长连杆和与第二运动滑块相连的定长连杆之间相互交叉布置。