CN104325456B - 一种新型两转动并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型两转动并联机构，它由静平台、动平台和连接动、静平台的第一支链、第二支链和第三支链构成，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链呈120度空间对称分布。本发明的一种新型两转动并联机构由连杆、虎克铰链和转动副组成，各支链完全由普通简单铰链组成，机构结构简单，易于装配；由于机构内部不具有特殊复杂铰链，机构刚度性能优越，可应用于卫星追踪定位，机器人肩/腕关节姿态调整等场合。

Description

一种新型两转动并联机构

技术领域

本发明涉及两转动并联机构，尤其涉及支链非对称的两转动并联机构。

背景技术

两转动并联机构在工业领域具有广泛的应用前景，可用于星间链路卫星的定位追踪装置，机器人肩/腕关节，微创手术机器手等，上述应用领域均要求两转动并联机构易于装配并具有一定的刚度性能。

目前，已提出的并联机构主要存在以下不足：1)已提出的两转动并联机构结构复杂，多含复杂铰链，如专利CN102079090A和CN102294693A中所述机构由多条支链组成，结构复杂；支链包含复杂铰链，装配难度高；2)已有机构无法提供足够的刚度以完成所需操作，如专利CN102126212A和CN103624559A所描述的机构结构特征可等同为一类平面机构，该机构无法为机构法线方向提供足够的支撑刚度，故无法支撑卫星、机器人手臂等完成所需追踪定位操作。

综上所述，现有的两转动并联机构无法满足上述应用领域的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种铰链结构简单、刚度性能优越的新型两转动并联机构。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一种新型两转动并联机构，它由静平台、动平台和连接动、静平台的第一支链、第二支链和第三支链构成，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链呈120度空间对称分布；

所述第一支链包括安装在静平台上的第一静平台转动副，所述的第一静平台转动副的转轴与下弧形杆一端转动连接，所述下弧形杆另一端通过第一中间转动副与上弧形杆一端转动连接，所述上弧形杆另一端通过第一动平台转动副与动平台转动连接，所述第一静平台转动副、第一中间转动副和第一动平台转动副轴线汇交于动平台的中心点；

所述第二支链包括安装在静平台上的第二静平台虎克铰链，所述的静平台通过第二静平台虎克铰链与第一下连杆一端转动连接，所述第一下连杆另一端通过第二中间转动副与第一上连杆一端转动连接，所述第一上连杆另一端通过第二动平台虎克铰链与动平台转动连接，所述第二静平台虎克铰链近架轴线和第二动平台虎克铰链近架轴线汇交于所述动平台的中心点，所述第二静平台虎克铰链远架轴线、第二中间转动副轴线和第二动平台虎克铰链远架轴线彼此平行；

所述第三支链包括安装在静平台上的第三静平台转动副，所述的静平台通过第三静平台转动副与第二下连杆一端转动连接，所述第二下连杆另一端通过第三中间转动副与第二上连杆一端转动连接，所述第二上连杆另一端通过第三动平台虎克铰链与动平台转动连接，所述第三静平台转动副轴线、第三中间转动副轴线和第三动平台虎克铰链远架轴线彼此平行，所述第三动平台虎克铰链近架轴线通过所述动平台的中心点；

所述第一动平台转动副轴线、第二动平台虎克铰链近架轴线和第三动平台虎克铰链近架轴线共面且呈120度对称分布。

本发明的优点在于：

本发明的一种新型两转动并联机构由连杆、虎克铰链和转动副组成，各支链完全由普通简单铰链组成，机构结构简单，易于装配；由于机构内部不具有特殊复杂铰链，机构刚度性能优越，可应用于卫星追踪定位，机器人肩/腕关节姿态调整等场合。

附图说明

图1是本发明的一种新型两转动并联机构的结构示意图；

图2是图1所示的机构中的第一支链的结构示意图；

图3是图1所示的机构中的第二支链的结构示意图；

图4是图1所示的机构中的第三支链的结构示意图；

附图标记：静平台1第一支链2第二支链3第三支链4动平台5第一静平台转动副6下弧形杆7第一中间转动副8上弧形杆9第一动平台转动副10第二静平台虎克铰链11第一下连杆12第二中间转动副13第一上连杆14第二动平台虎克铰链15第三静平台转动副16第二下连杆17第三中间转动副18第二上连杆19第三动平台虎克铰链20动平台中心点P第一静平台转动副轴线a第一中间转动副轴线b第一动平台转动副轴线c第二静平台虎克铰链近架轴线d第二静平台虎克铰链远架轴线e第二中间转动副轴线f第二动平台虎克铰链远架轴线g第二动平台虎克铰链近架轴线h第三静平台转动副轴线i第三中间转动副轴线j第三动平台虎克铰链远架轴线k第三动平台虎克铰链近架轴线m

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

如附图所示的本发明的一种新型两转动并联机构，由静平台1、动平台5和连接动、静平台的第一支链2、第二支链3和第三支链4构成，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链呈120度空间对称分布；

所述第一支链2包括安装在静平台1上的第一静平台转动副6，所述的第一静平台转动副的转轴与下弧形杆7一端转动连接，所述下弧形杆7另一端通过第一中间转动副8与上弧形杆9一端转动连接，所述上弧形杆9另一端通过第一动平台转动副10与动平台5转动连接，所述第一静平台转动副轴线a、第一中间转动副轴线b和第一动平台转动副轴线c汇交于动平台的中心点P；

所述第二支链3包括安装在静平台1上的第二静平台虎克铰链11，所述的静平台1通过第二静平台虎克铰链11与第一下连杆12一端转动连接，所述第一下连杆12另一端通过第二中间转动副13与第一上连杆14一端转动连接，所述第一上连杆14另一端通过第二动平台虎克铰链15与动平台5转动连接，所述第二静平台虎克铰链近架轴线d和第二动平台虎克铰链近架轴线h汇交于所述动平台的中心点P，所述第二静平台虎克铰链远架轴线e、第二中间转动副轴线f和第二动平台虎克铰链远架轴线g彼此平行；

所述第三支链4包括安装在静平台1上的第三静平台转动副16，所述的静平台1通过第三静平台转动副16与第二下连杆17一端转动连接，所述第二下连杆17另一端通过第三中间转动副18与第二上连杆19一端转动连接，所述第二上连杆19另一端通过第三动平台虎克铰链20与动平台5转动连接，所述第三静平台转动副轴线i、第三中间转动副轴线j和第三动平台虎克铰链远架轴线k彼此平行，所述第三动平台虎克铰链近架轴线m通过所述动平台的中心点P；

所述第一动平台转动副轴线c、第二动平台虎克铰链近架轴线h和第三动平台虎克铰链近架轴线m共面且呈120度对称分布。

下面再结合每一幅图对本发明加以详细说明。

如图1所示，本发明的一种新型两转动并联机构，由静平台1、动平台5和连接动、静平台的第一支链2、第二支链3和第三支链4构成。所述第一支链2、所述第二支链3和所述第三支链4呈120度空间对称分布形式，并具有不一致的机械结构组成。

如图2所示，所述第一支链2由第一静平台转动副6、下弧形杆7、第一中间转动副8、上弧形杆9和第一动平台转动副10组成。所述静平台1通过所述第一静平台转动副6与所述下弧形杆7一端转动连接，所述下弧形杆7另一端通过所述第一中间转动副8与所述上弧形杆9一端转动连接，所述上弧形杆9另一端通过所述第一动平台转动副10与所述动平台5转动连接。所述第一静平台转动副轴线a、所述第一中间转动副轴线b和所述第一动平台转动副轴线c汇交于动平台中心点P。

如图3所示，所述第二支链3由第二静平台虎克铰链11、第一下连杆12、第二中间转动副13、第一上连杆14和第二动平台虎克铰链15组成。所述静平台1通过所述第二静平台虎克铰链11与所述第一下连杆12一端转动连接，所述第一下连杆12另一端通过所述第二中间转动副13与所述第一上连杆14一端转动连接，所述第一上连杆14另一端通过所述第二动平台虎克铰链15与所述动平台5转动连接。所述第二静平台虎克铰链近架轴线d和所述第二动平台虎克铰链近架轴线h汇交于所述动平台中心点P，所述第二静平台虎克铰链远架轴线e、所述第二中间转动副轴线f和所述第二动平台虎克铰链远架轴线g彼此平行。

如图4所示，所述第三支链4包括第三静平台转动副16、第二下连杆17、第三中间转动副18、第二上连杆19和第三动平台虎克铰链20。所述静平台1通过所述第三静平台转动副16与所述第二下连杆17一端转动连接，所述第二下连杆17另一端通过所述第三中间转动副18与所述第二上连杆19一端转动连接，所述第二上连杆19另一端通过所述第三动平台虎克铰链20与所述动平台5转动连接。所述第三静平台转动副轴线i、所述第三中间转动副轴线j和所述第三动平台虎克铰链远架轴线k彼此平行，所述第三动平台虎克铰链近架轴线m通过所述动平台中心点P。

所述第一动平台转动副轴线c、所述第二动平台虎克铰链近架轴线h和所述第三动平台虎克铰链近架轴线m共面且呈120度对称分布。

在所述第一静平台转动副6、所述第一中间转动副8和所述第一动平台转动副10作用下，所述第一支链具有空间三自由度转动能力。由于所述第一静平台转动副轴线a、所述第一中间转动副轴线b和所述第一动平台转动副轴线c汇交于所述动平台中心点P，故所述第一支链2的三自由度转动中心为动平台中心点P，其三条转动轴线分别与所述第一静平台转动副轴线a、所述第一中间转动副轴线b和所述第一动平台转动副轴线c重合。

在所述第二静平台虎克铰链11、所述第二中间转动副13和所述第二动平台虎克铰链15作用下，所述第二支链具有空间三自由度转动和空间两自由度移动能力。所述第二静平台虎克铰链近架轴线d和所述第二动平台虎克铰链近架轴线h汇交于所述动平台中心点P，所述第二静平台虎克铰链远架轴线e、所述第二中间转动副轴线f和所述第二动平台虎克铰链远架轴线g彼此平行且垂直于所述第二静平台虎克铰链近架轴线d及所述第二动平台虎克铰链近架轴线h，故所述第二支链的三转动中心为动平台中心点P，其三条转动轴线分别与第二静平台虎克铰链近架轴线d和所述第二动平台虎克铰链近架轴线h重合，与第二静平台虎克铰链远架轴线e平行，其两自由度移动轴线为空间内任意两条垂直于所述第二静平台虎克铰链远架轴线e的互不平行的直线。

在所述第三静平台转动副16、所述第三中间转动副18和所述第三动平台虎克铰链20作用下，所述第三支链具有空间两自由度转动能力和空间两自由度移动能力。所述第三动平台虎克铰链近架轴线m通过所述动平台中心点P，所述第三静平台转动副轴线i、所述第三中间转动副轴线j和所述第三动平台虎克铰链远架轴线k彼此平行且垂直于所述第三动平台虎克铰链近架轴线m，故所述第三支链4的两转动中心为动平台中心点P，两条转动轴线分别与所述第三动平台虎克铰链近架轴线m和第三动平台虎克铰链远架轴线k平行，两自由度移动轴线为空间内任意两条垂直于所述第三静平台转动副轴线i的互不平行的直线。(有关转动中心点与移动平面的定义可详见文献“HervéJM.TheLiegroupofrigidbodydisplacements,afundamentaltoolformechanismdesign.MechMachTheory1999；34:719-730.”(HervéJM.刚体位移李子群,机械设计基础工具.机械原理1999；34:719-730.”)

由于所述第一支链2的三转动中心、所述第二支链3的三转动中心和所述第三支链4的两转动中心均为动平台中心点P，故在所述第一支链2、所述第二支链3和所述第三支链4共同作用下，所述动平台5可实现转动中心点为动平台中心点P的两自由度转动，其转动轴线分别与第三动平台虎克铰链近架轴线m和第三动平台虎克铰链远架轴线k平行。同时，由于第一支链2不具有空间移动能力，故所述第二支链3和所述第三支链4的两自由度移动能力被第一支链2限制，则所述动平台5仅能够实现空间两转动运动。

当选取所述第一静平台转动副6、所述第二静平台虎克铰链11和所述第三静平台转动副16作为驱动时，本发明的机构为冗余驱动的一类新型两转动并联机构；当任意选取所述第一静平台转动副6、所述第二静平台虎克铰链11和所述第三静平台转动副16中两个运动副作为驱动时，本发明的机构为非冗余驱动的一类新型两转动并联机构。

本发明的一种新型两转动并联机构由三条结构互不相同的支链组成，各支链完全由普通铰链即转动副和虎克铰链构成，各支链完全由普通简单铰链组成，机构结构简单，易于装配；由于机构内部不具有特殊复杂铰链，机构具有一定的刚度性能，故本发明的一种新型两转动并联机构可满足卫星定位追踪，机器人手臂姿态调整等对于转动并联机构的需求。

以上对本发明的描述仅仅是示意性的，而不是限制性的，所以，本发明的实施方式并不局限于上述的具体实施方式。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，做出其他变化或变型，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种新型两转动并联机构，其特征在于：它由静平台、动平台和连接动、静平台的第一支链、第二支链和第三支链构成，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链呈120度空间对称分布；

所述第一支链包括安装在静平台上的第一静平台转动副，所述的第一静平台转动副的转轴与下弧形杆一端转动连接，所述下弧形杆另一端通过第一中间转动副与上弧形杆一端转动连接，所述上弧形杆另一端通过第一动平台转动副与动平台转动连接，所述第一静平台转动副、第一中间转动副和第一动平台转动副轴线汇交于动平台的中心点；

所述第二支链包括安装在静平台上的第二静平台虎克铰链，所述的静平台通过第二静平台虎克铰链与第一下连杆一端转动连接，所述第一下连杆另一端通过第二中间转动副与第一上连杆一端转动连接，所述第一上连杆另一端通过第二动平台虎克铰链与动平台转动连接，所述第二静平台虎克铰链近架轴线和第二动平台虎克铰链近架轴线汇交于所述动平台的中心点，所述第二静平台虎克铰链远架轴线、第二中间转动副轴线和第二动平台虎克铰链远架轴线彼此平行；

所述第三支链包括安装在静平台上的第三静平台转动副，所述的静平台通过第三静平台转动副与第二下连杆一端转动连接，所述第二下连杆另一端通过第三中间转动副与第二上连杆一端转动连接，所述第二上连杆另一端通过第三动平台虎克铰链与动平台转动连接，所述第三静平台转动副轴线、第三中间转动副轴线和第三动平台虎克铰链远架轴线彼此平行，所述第三动平台虎克铰链近架轴线通过所述动平台的中心点；

所述第一动平台转动副轴线、第二动平台虎克铰链近架轴线和第三动平台虎克铰链近架轴线共面且呈120度对称分布。