CN103909519B - 一种自由度可变的并联变胞平台 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种自由度可变的并联变胞平台，本发明是由机架、工作台和三个运动支链组成。每个运动支链有两个电机。并联变胞平台通过拓扑结构切换可以实现三自由度和六自由度的转变。三自由度时，只需处于水平位置的三个电机提供驱动，工作台便可以实现x、y、z方向的空间移动。六自由度时，处于水平和竖直位置的电机均提供驱动，工作台便可以实现x、y、z方向的空间移动和转动。根据不同的工况，并联平台可以自由切换构态，以最少的驱动实现所需的运动轨迹。目前多数并联机构均为一种构态，会存在自由度冗余。本发明自由度可变，很好解决了这一问题，具有很好的市场价值。

Description

一种自由度可变的并联变胞平台

技术领域

本发明涉及的是一种运动平台。

背景技术

目前并联机构一般为一种构态，自由度固定。但是，在很多时候都存在自由度冗余的缺点。自由度越多，对于并联机构来说，其控制就会越复杂。因此，可变构态的并联机构设计意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供可以实现三自由度和六自由度转换的一种自由度可变的并联变胞平台。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种自由度可变的并联变胞平台，其特征是：包括机架、运动支链、工作台；机架包括三个L形支架，三个L形支架的端部通过连接台连接在一起，连接台伸出三个凹形叉头，运动支链包括第一-第四Y形连杆、第一-第二电机、第一-第二虎克铰板、主动锥齿轮、从动锥齿轮，Y形连杆包括相互连接的Y形叉头和直杆，第一Y形连杆的直杆与第二Y形连杆的直杆相连，第三Y形连杆的直杆与第四Y形连杆的直杆相连，第一电机安装在第一凹形叉头上并连接第一虎克铰板，第一虎克铰板里安装第一连杆连接轴，第一Y形连接杆的Y形叉头、从动锥齿轮均安装在第一连杆连接轴上，从动锥齿轮与第一Y形连接杆的Y形叉头固连，第二电机安装在第一虎克铰板上并连接主动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，第二虎克铰板通过第二连杆连接轴安装在第二Y形连杆的Y形叉头里，第三Y形连杆的Y形叉头安装在第二连杆连接轴上，工作台伸出三个凹形接头，第四Y形连杆的Y形叉头通过十字头安装在一个凹形接头里；所述的运动支链有三个，一个运动支链与一个凹形叉头和一个凹型接头相配合共同控制工作台的位置。

本发明还可以包括：

1、第三Y形连杆的直杆和第四Y形连杆的直杆至少一个端部设置凹槽，两个直杆通过两个销钉相连，当拔出一个销钉后，两个直杆可相对转动。

本发明的优势在于：目前多数并联机构均为一种构态，会存在自由度冗余。本发明自由度可变，很好解决了这一问题，具有很好的市场价值。

附图说明

图1是本发明的总体示意图；

图2是本发明的单个运动支链示意图；

图3是本发明六自由度的示意图；

图4是本发明六自由度时靠机架端局部示意图；

图5是本发明六自由度时靠机架端局部剖视图；

图6是本发明三自由度时的示意图；

图7是本发明三自由度时靠机架端局部示意图；

图8是本发明三自由度时靠机架端局部剖视图；

图9是本发明三自由度时第三Y形连杆和第四Y形连杆的局部剖视图；

图10是本发明六自由度时第三Y形连杆和第四Y形连杆的局部剖视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～10，整个并联变胞平台其主要组成有：第四Y形连杆1、连杆连接头2、十字头3、连接头4、刀具5、工作台6、第三Y形连杆7、机架8、第一电机9、第一电机支座10、第二电机11、第二电机支座12、第一Y形连杆13、第二Y形连杆14、第一盖板15、虎克铰板16、主动锥齿轮17、从动锥齿轮18、第一连杆连接轴19、第二连杆连接轴20、第一销钉21、第二销钉22、连杆接头23、第二盖板24。

结合图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8，图9和图10可知三自由度时，整个并联变胞平台的装配关系如下：第一电机9通过第一电机支座10安装在机架8上。靠机架8端的虎克铰板16安装在机架8和连接头4上的孔内形成转动副，且一轴端与第一电机9连接，但此时处于水平位置的第一电机9处于上电锁死状态，相当于虎克铰板16与机架8固接。处于竖直位置的第二电机11通过第二电机支座12安装在第二盖板24上，通过其为运动支链提供动力。主动锥齿轮17安装在第二电机11上，并与固接在第一Y形连杆13叉头上的从动锥齿轮18啮合。第一连杆连接轴19安装在靠机架8端的虎克铰板16与第二盖板24组成的一个凹槽里，且安装时其轴线与虎克铰板16转轴轴线重合。第一Y形连杆13的Y形叉头与第一连杆连接轴19形成转动副。第一Y形连杆13和第二Y形连杆14通过销钉联接，并保证它们两端的Y形叉头相互平行。第三Y形连杆7与第二Y形连杆14的Y形叉头通过虎克铰板16和第二连杆连接轴20联接组成万向联轴节。第三Y形连杆7与第四Y形连杆1通过两个带凹槽的连杆接头23连接为一个转动副，但是在三自由度时需用第二销钉22将其锁死使其不能相对转动，且需保证第三Y形连杆7与第四Y形连杆1的Y形叉头相互平行。第四Y形连杆1与工作台6通过十字头3联接为万向联轴节。刀具5安装在工作台6上。

结合图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8，图9和图10可知三自由度时，整个并联变胞平台的运动传递关系如下：每个运动支链，动力从第二电机11输出，依次经主动锥齿轮17、从动锥齿轮18、第一Y形连杆13、第二Y形连杆14、第三Y形连杆7、第四Y形连杆1、十字头3传递到工作台6。三个运动支链并联，因此控制三个支链上的电机协调运动，便可以实现工作台6在x、y、z方向的移动，实现三自由度运动。

结合图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8，图9和图10可知六自由度时，并联变胞平台的构态变化如下：第一连杆连接轴19应该相对于三自由度时的安装位置旋转90°，使虎克铰板16轴线与第一连杆连接轴19轴线成虎克铰；第一电机9和第二电机11此时均输出动力。第二Y形连杆14的位置保持不变；第二连杆连接轴20相对于三自由度时的安装位置旋转90°，使第三Y形连杆7和第二Y形连杆14上Y形叉头的轴线重合组成一个转动副；另外，第三Y形连杆7和第四Y形连杆1通过两个带凹槽的连杆接头23连接成的转动副此时不需要第二销钉22将其锁死。由此，完成并联平台从三自由度到六自由度的构态变化。

结合图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8，图9和图10可知六自由度时，整个并联变胞平台的运动传递关系如下：每个运动支链，第一电机9的动力依次经虎克铰板16、第一连杆连接轴19、第一Y形连杆13、第二Y形连杆14、第三Y形连杆7、第四Y形连杆1、十字头3传递到工作台6；第二电机11的动力依次经主动锥齿轮17、从动锥齿轮18、第一Y形连杆13、第二Y形连杆14、第三Y形连杆7、第四Y形连杆1、十字头3传递到工作台6。并联平台的三个运动支链并联，工作台6的位姿则由三个运动支链协调控制。每个运动支链末端的位姿由第一电机9和第二电机11共同控制。因此协调控制三个支链上的6个电机，便可以实现工作台6在x、y、z方向的移动和转动，实现六自由度运动。

并联变胞平台由三个运动支链组成，每个运动支链在同一构态下的安装方式完全相同，每个运动支链由两个电机、4根Y形连杆、虎克铰板、十字头和连杆连接轴等组成；三自由度时，靠机架端的虎克铰板被处于水平位置的电机锁死，第一连杆连接轴安装在靠机架端的虎克铰板与盖板组成的一个凹槽里，且安装时其轴线与虎克铰板转轴轴线重合，第一Y形连杆的Y形叉头与第一连杆连接轴形成转动副，第一Y形连杆和第二Y形连杆通过销钉联接，并保证它们两端的Y形叉头相互平行，第三Y形连杆与第二Y形连杆的Y形叉头通过虎克铰板和连杆连接轴联接组成万向联轴节，第三Y形连杆与第四Y形连杆连接处为一个转动副，但是在三自由度时需将其锁死使其不能相互转动，且需保证第三Y形连杆与第四Y形连杆的Y形叉头相互平行，第四Y形连杆与工作台通过十字接头连接在一起；当向六自由度构态变化时，第一连杆连接轴相对于三自由度时的安装位置旋转90°，使虎克铰板轴线与第一连杆连接轴轴线成虎克铰；第一电机和第二电机此时均输出动力。第二Y形连杆的位置保持不变；第二连杆连接轴相对于三自由度时的安装位置旋转90°，使第三Y形连杆和第二Y形连杆上Y形叉头的轴线重合组成一个转动副；另外，第三Y形连杆和第四Y形连杆通过两个带凹槽的连杆接头连接成的转动副，且此时第二销钉解锁。由此，便可实现整个机构由三自由度向六自由度转换；六自由度向三自由度转换只需将上述转换逆向进行。

Claims (2)

1.一种自由度可变的并联变胞平台，其特征是：包括机架、运动支链、工作台；机架包括三个L形支架，三个L形支架的端部通过连接台连接在一起，连接台伸出三个凹形叉头，运动支链包括第一-第四Y形连杆、第一-第二电机、第一-第二虎克铰板、主动锥齿轮、从动锥齿轮，Y形连杆包括相互连接的Y形叉头和直杆，第一Y形连杆的直杆与第二Y形连杆的直杆相连，第三Y形连杆的直杆与第四Y形连杆的直杆相连，第一电机安装在第一凹形叉头上并连接第一虎克铰板，第一虎克铰板里安装第一连杆连接轴，第一Y形连接杆的Y形叉头、从动锥齿轮均安装在第一连杆连接轴上，从动锥齿轮与第一Y形连接杆的Y形叉头固连，第二电机安装在第一虎克铰板上并连接主动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，第二虎克铰板通过第二连杆连接轴安装在第二Y形连杆的Y形叉头里，第三Y形连杆的Y形叉头安装在第二连杆连接轴上，工作台伸出三个凹形接头，第四Y形连杆的Y形叉头通过十字头安装在一个凹形接头里；所述的运动支链有三个，一个运动支链与一个凹形叉头和一个凹型接头相配合共同控制工作台的位置。

2.根据权利要求1所述的一种自由度可变的并联变胞平台，其特征是：第三Y形连杆的直杆和第四Y形连杆的直杆至少一个端部设置凹槽，两个直杆通过两个销钉相连，当拔出一个销钉后，两个直杆可相对转动。