CN104325457A - 一种新型对称型三转动并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型对称型三转动并联机构，它由静平台、动平台和连接动、静平台的第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链构成；所述静平台外壁圆周方向上设置有环形导轨；所述第一主动支链、所述第二主动支链和所述第三主动支链具有相同的机械结构。采用本发明的一种新型对称型三转动并联机构，各支链具有的相同的机械结构，运动学性能与动力学性能具有对称性，各支链内部转动中心点彼此重合，移动能力相互限制，可实现空间速度快、转动范围大的三维转动，适用于卫星追踪定位，机器人肩/腕关节姿态调整等场合。

Description

一种新型对称型三转动并联机构

技术领域

本发明涉及三转动并联机构，尤其涉及对称型三转动并联机构。

背景技术

三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。上述应用均要求三转动并联机构结构具有对称性，速度快，转动空间较大。

目前，已提出的三转动并联机构主要存在以下不足：1)结构不具备对称性，导致机构运动学、动力学性能在工作空间内不对称。如专利CN 101590650 B所述的空间三转动并联机构具有三个主动支链，其中两个支链的组成为球铰链-移动副-球铰链，另一个支链由三个轴线相互正交的转动副组成。2)受支链结构或运动副的限制，机构无法实现转动速度较快、转角较大的运动。如专利CN 102120299 B所述的空间三转动并联机构的支链组成复杂，难以实现大转角运动；专利CN 1189288 C所述机构由三条结构相同的“万向节-移动副-圆柱副”组成，由于移动副和圆柱副的限制，该类机构无法实现高速转动。

综上所述，现有的空间三转动并联机构不利于高速、转角大的应用场合。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种结构对称、速度快以及转动空间大的新型对称型三转动并联机构。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一种新型对称型三转动并联机构，它由静平台、动平台和连接动、静平台的第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链构成；所述静平台外壁圆周方向上设置有环形导轨；

所述第一主动支链、所述第二主动支链和所述第三主动支链具有相同的机械结构，均包括与静平台的环形导轨滑动连接的滑块，在所述滑块上安装有静平台转动副，所述的滑块通过静平台转动副与下连杆一端转动连接，所述下连杆另一端通过中间转动副与上连杆一端转动连接，所述上连杆另一端通过虎克铰链与动平台转动连接；

每一条主动支链的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和所述虎克铰链远架轴线彼此平行且均与静平台平面具有5-15度夹角，三条主动支链的虎克铰链近架轴线交于动平台中心点，在静平台平面与动平台平面相互平行时的初始位形下，动平台中心轴线与静平台中心轴线共线，所述第一主动支链、所述第二主动支链和所述第三主动支链的滑块相对静平台中心轴线成120度对称分布，三条虎克铰链近架轴线共面且相对动平台中心轴线成120度对称分布。

本发明的优点在于：

本发明的一种新型对称型三转动并联机构，各支链具有的相同的机械结构，运动学性能与动力学性能具有对称性，各支链内部转动中心点彼此重合，移动能力相互限制，可实现空间速度快、转动范围大的三维转动，适用于卫星追踪定位，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对称型三转动并联机构的结构示意图；

图2是图1所示的机构中的主动支链的结构示意图；

附图标记：静平台 1  第一主动支链 2  第二主动支链 3  第三主动支链 4  动平台 5  滑块 6  静平台转动副 7  下连杆 8  中间转动副 9  上连杆 10  虎克铰链11  动平台中心点 P  静平台中心点 O  静平台中心轴线 a  动平台中心轴线 b  静平台转动副轴线 c  中间转动副轴线 d  虎克铰链远架轴线 e  虎克铰链近架轴线 f

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对称型三转动并联机构，它由静平台1、动平台5和连接动、静平台的第一主动支链2、第二主动支链3和第三主动支链4构成；所述静平台外壁圆周方向上设置有环形导轨；

所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4具有相同的机械结构，均包括与静平台的环形导轨滑动连接的滑块6，在所述滑块6上安装有静平台转动副7，所述的滑块6通过静平台转动副7与下连杆8一端转动连接，所述下连杆8另一端通过中间转动副9与上连杆10一端转动连接，所述上连杆10另一端通过虎克铰链11与动平台5转动连接；

每一条主动支链的静平台转动副轴线c、中间转动副轴线d和所述虎克铰链远架轴线e彼此平行且均与静平台平面具有5-15度夹角A，三条主动支链的虎克铰链近架轴线f交于动平台中心点P，在静平台平面与动平台平面相互平行时的初始位形下，动平台中心轴线b与静平台中心轴线a共线，所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4的滑块6相对静平台中心轴线a成120度对称分布，三条虎克铰链近架轴线f共面且相对动平台中心轴线b成120度对称分布。

所述的静平台优选为环形。

下面再结合每一幅图对本发明加以详细说明。

如图1所示，本发明的一种新型对称型三转动并联机构，由静平台1、动平台5和连接动、静平台的第一主动支链2、第二主动支链3和第三主动支链4构成。

在所述静平台1外壁圆周方向上设置有环形导轨，所述静平台1与滑块6滑动连接，使滑块6沿环形轨道实现圆周连续移动。

如图1与图2所示，所述第一主动支链2、所述第二主动支链3及所述第三主动支链4具有相同的机械结构，均由所述滑块6，静平台转动副7，下连杆8，中间转动副9，上连杆10和虎克铰链11组成。所述静平台1与所述滑块6滑动连接，所述滑块6通过安装在滑块上的静平台转动副7与所述下连杆8一端转动连接，所述下连杆8另一端通过所述中间转动副9与所述上连杆10一端转动连接，所述上连杆10另一端通过所述虎克铰链11与所述动平台5转动连接。

所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4内，所述静平台转动副轴线c、所述中间转动副轴线d和所述虎克铰链远架轴线e彼此平行且与静平台平面呈5-15度夹角A，所述三个主动支链的虎克铰链近架轴线f相交于动平台中心点P。通过静平台中心点O，方向为静平台平面法线方向的轴线为静平台中心轴线a；通过动平台中心点P，方向为动平台平面法线方向的轴线为动平台中心轴线b；静平台平面与动平台平面相互平行时本发明的一种新型对称型三转动并联机构所处的位置与姿态为初始位形。在所述初始位形下，所述动平台中心轴线b与所述静平台中心轴线a重合，所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4内的滑块6相对静平台中心轴线a成120度对称分布，三条虎克铰链近架轴线f相对动平台中心轴线b成120度对称分布。

以所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4内的滑块6为输入驱动，本发明的一种新型对称型三转动并联机构可实现空间三自由度转动。所述环形导轨及滑块6结构上可等同于转动副，该等效转动副通过静平台中心点O、方向为静平台中心轴线a，结合所述静平台转动副7、所述中间转动副9和所述虎克铰链11，所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4均具有空间三自由度转动能力和两自由度移动能力。

如图1所示，所述环形导轨及滑块6结构上可等同于转动副，该等效转动副轴线通过静平台中心点O、方向为静平台中心轴线a，由于所示等效转动副的轴线与虎克铰近架轴线f相交于动平台中心点P，所述静平台转动副轴线c、所述中间转动副轴线d和所述虎克铰链远架轴线e彼此平行，故所述三个主动支链均具有空间三自由度转动能力和两自由度移动能力，其三自由度转动中心点均为动平台中心点P，三条转动轴线分别与所述静平台中心轴线a和所述虎克铰链近架轴线f重合，与所述虎克铰链远架轴线e平行；其两自由度移动平面法线为所述静平台转动副轴线c所示方向。由于各主动支链三转动中心点均为动平台中心点P，故所述动平台5具有绕动平台中心点P的空间三自由度转动能力；又由于各主动支链内所述静平台转动副轴线c与静平台平面保持一定夹角A，故各主动支链对应移动平面间无共同交线，则在所述第一主动支链2、所述第二主动支链3和所述第三主动支链4共同作用下，所述三个主动支链的两自由度移动能力相互抵消，所述动平台5仅可实现绕动平台中心点P的空间三自由度转动。(有关转动中心点与移动平面的定义可详见文献“Hervé JM.The Lie groupof rigid body displacements,a fundamental tool for mechanism design.Mech Mach Theory 1999；34:719-730.”(Hervé JM.刚体位移李子群,机械设计基础工具.机械原理1999；34:719-730.”)

本发明的一种新型对称型三转动并联机构的运动副完全由环形导轨、转动副和虎克铰链组成，相对移动副、螺旋副及圆柱副等运动副而言，环形导轨、转动副和虎克铰链具有更好的高速运行能力，可保证动平台实现高速运动。除此之外，环形导轨与转动副均具有整周回转能力，尤其环形导轨具有360度自转能力，可支持支链大范围转动，进而使动平台产生较大转角的转动。

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)

1.一种新型对称型三转动并联机构，其特征在于：它由静平台、动平台和连接动、静平台的第一主动支链、第二主动支链和第三主动支链构成；所述静平台外壁圆周方向上设置有环形导轨；

所述第一主动支链、所述第二主动支链和所述第三主动支链具有相同的机械结构，均包括与静平台的环形导轨滑动连接的滑块，在所述滑块上安装有静平台转动副，所述的滑块通过静平台转动副与下连杆一端转动连接，所述下连杆另一端通过中间转动副与上连杆一端转动连接，所述上连杆另一端通过虎克铰链与动平台转动连接；

每一条主动支链的静平台转动副轴线、中间转动副轴线和所述虎克铰链远架轴线彼此平行且均与静平台平面具有5-15度夹角，三条主动支链的虎克铰链近架轴线交于动平台中心点，在静平台平面与动平台平面相互平行时的初始位形下，动平台中心轴线与静平台中心轴线共线，所述第一主动支链、所述第二主动支链和所述第三主动支链的滑块相对静平台中心轴线成120度对称分布，三条虎克铰链近架轴线共面且相对动平台中心轴线成120度对称分布。