CN105234923A - 一种三平三转六自由度并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三平三转六自由度并联机构，包括固定架、动平台以及布置在所述固定架与动平台之间的三条结构相同的支链；所述支链包括转动叉、主动臂、两个平行且等长的从动臂、四个T形轴、连接轴，所述转动叉与固定架转动连接，所述主动臂转动连接于转动叉内，所述从动臂的一端通过两个T形轴与主动臂相连，另一端通过两个T形轴与连接轴相连，所述连接轴与动平台转动连接。该并联机构动平台采用单平台的结构，具有结构简洁、动平台质量轻等特点，有利于实现高速度和高加速度的动态响应特性。

Description

一种三平三转六自由度并联机构

技术领域

本发明涉及一种并联机构，特别是涉及一种具有空间三维平动三维转动的六自由度并联机构。

背景技术

空间三维平动三维转动六自由度并联机构可满足测量、喷涂、搬运、装配等作业要求。

专利文献US20110097184A1公开了一种三维平动三维转动的六自由度并联机构，包括固定架、动平台、三自由度手腕以及对称布置在所述固定架与动平台之间的三条结构相同的支链；所述固定架上固接有驱动装置；所述动平台固接有下连接轴；每条支链包括主动臂和两个平行的从动臂以及上、下连接轴，所述主动臂一端与所述固定架转动连接，并与驱动装置的驱动端固接，另一端固接有上连接轴；所述两个平行的从动臂一端分别与所述上连接轴的两端球铰接，另一端分别与所述下连接轴球铰接；所述三自由度手腕固接于所述动平台；且三自由度手腕的驱动装置固接在所述两个平行的从动臂之间。

但是上述机构的局限在于：三自由度手腕固接在动平台上，而其驱动端固接于两从动臂之间，增大该机构运动部件的质量与惯量，不利于上述机构的动态性能，导致该机构难以实现高速运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需使用三自由度手腕、仅采用单动平台即可实现三维平动三维转动的并联机构。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种三平三转六自由度并联机构，包括固定架、动平台以及布置在所述固定架与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链；所述第一支链、第二支链和第三支链结构相同，每条支链均包括固定设置在固定架上的第一驱动装置、转动叉、固定设置在转动叉上的第二驱动装置、主动臂、第一从动臂、第二从动臂和连接轴；所述转动叉与固定架转动连接，且与第一驱动装置的驱动端固接，所述主动臂的一端转动连接于转动叉内，且与所述第二驱动装置的驱动端固接，所述主动臂的另一端的两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端连接，所述第一从动臂、第二从动臂的另一端与连接轴连接，所述连接轴与动平台转动连接，所述第一从动臂与第二从动臂平行且等长；

连接所述转动叉和固定架的转动轴线与连接所述主动臂和转动叉的转动轴线垂直相交；连接所述动平台与第一支链、第二支链和第三支链中的连接轴的三条转动轴线相互不平行。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的三平三转六自由度并联机构采用三条支链实现6个自由度，避免在动平台末端使用三自由度手腕，只需采用单动平台结构，结构简单，并有效减少了运动部件的质量，且驱动装置设置在固定架附近，有利于提高机构的动态响应特性，有利于实现高速和高加速度。本发明采用三条支链实现六个自由度，有利于降低制造成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1中支链的结构示意图。

图3为本发明动平台及连接轴的结构示意图。

图4为本发明T形轴的结构示意图。

图5为本发明实施例2的结构示意图。

图6为本发明实施例2中支链的结构示意图。

图7为本发明球接头的结构示意图。

图中编号所代表的含义为：1、固定架，2、动平台，3、吸盘，11、第一驱动装置，12、转动叉，13、第二驱动装置，14、主动臂，15、第一T形轴，16、第二T形轴，17、第一从动臂，18、第二从动臂，19、第三T形轴，20、第四T形轴，21、连接轴，22、连接件，151、第一球接头，161、第二球接头，191、第三球接头，201、第四球接头，a、第一轴线，b、第二轴线。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种三平三转六自由度并联机构，包括固定架1、动平台2以及布置在所述固定架1与动平台2之间的第一支链、第二支链和第三支链；所述第一支链、第二支链和第三支链结构相同，每条支链均包括固定设置在固定架1上的第一驱动装置11、转动叉12、固定设置在转动叉12上的第二驱动装置13、主动臂14、第一从动臂17、第二从动臂18和连接轴21；所述转动叉12与固定架1转动连接，且与第一驱动装置11的驱动端固接，所述主动臂14的一端转动连接于转动叉12内，且与所述第二驱动装置13的驱动端固接，所述主动臂14的另一端的两侧分别与第一从动臂17、第二从动臂18的一端连接，所述第一从动臂17、第二从动臂18的另一端与连接轴21连接，所述连接轴21与动平台2转动连接，所述第一从动臂17与第二从动臂18平行且等长；

连接所述转动叉12和固定架1的转动轴线与连接所述主动臂14和转动叉12的转动轴线垂直相交；连接所述动平台2与第一支链、第二支链和第三支链中的连接轴21的三条转动轴线相互不平行。

所述主动臂14与第一从动臂17之间通过第一T形轴15连接，主动臂14与第二从动臂18之间通过第二T形轴16连接，第一从动臂17与连接轴21之间通过第三T形轴19连接，第二从动臂18与连接轴21之间通过第四T形轴20连接。

所述主动臂14与第一T形轴15之间转动连接，主动臂14与第二T形轴16之间转动连接，第一T形轴15与第一从动臂17之间转动连接，第二T形轴16与第二从动臂18之间转动连接；第一从动臂17与第三T形轴19之间转动连接，第三T形轴19与连接轴21之间转动连接，第二从动臂18与第四T形轴20之间转动连接，第四T形轴20与连接轴21之间转动连接；

连接所述第一T形轴15和主动臂14的转动轴线与连接所述第一T形轴15和第一从动臂17的转动轴线垂直相交；连接所述第二T形轴16和主动臂14的转动轴线与连接所述第二T形轴16和第二从动臂18的转动轴线垂直相交；

连接所述第三T形轴19和连接轴21的转动轴线与连接所述第三T形轴19和第一从动臂17的转动轴线垂直相交；连接所述第四T形轴20和连接轴21的转动轴线与连接所述第四T形轴20和第二从动臂18的转动轴线垂直相交；

连接所述第三T形轴19和连接轴21的转动轴线与连接所述连接轴21和动平台2的转动轴线垂直相交；连接所述第四T形轴20和连接轴21的转动轴线与连接所述连接轴21和动平台2的转动轴线垂直相交；

连接所述第一T形轴15和主动臂14的转动轴线与连接所述第二T形轴16和主动臂14的转动轴线共线于第一轴线a，连接所述第三T形轴19和连接轴21的转动轴线与连接所述第四T形轴20和连接轴21的转动轴线共线于第二轴线b，所述第一轴线a、第二轴线b、以及连接所述主动臂14和转动叉12的转动轴线相互平行；

连接第一T形轴15和第一从动臂17的转动轴线、连接第二T形轴16和第二从动臂18的转动轴线、连接第三T形轴19和第一从动臂17的转动轴线、连接第四T形轴20和第二从动臂18的转动轴线共四条轴线相互平行。

或者，所述主动臂14与第一从动臂17之间通过第一球接头151连接，主动臂14与第二从动臂18之间通过第二球接头161连接，第一从动臂17与连接轴21之间通过第三球接头191连接，第二从动臂18与连接轴21之间通过第四球接头201连接。

所述第一从动臂17和第二从动臂18之间设有连接杆22，所述连接杆22一端与第一从动臂17转动连接，另一端与第二从动臂18转动连接；过连接杆22与第一从动臂17的转动中心和连接杆22与第二从动臂18的转动中心的轴线，同连接主动臂14与转动叉12的转动轴线相互平行。

所述第一球接头151和第二球接头161均与主动臂14固接；所述第三球接头191和第四球接头201均与连接轴21固接；所述第一从动臂17的一端与第一球接头151球铰接，另一端与第三球接头191球铰接；所述第二从动臂18的一端与第二球接头161球铰接，另一端与第四球接头201球铰接；

过所述第一球接头151球心和第二球接头161球心的轴线、过第三球接头191球心和第四球接头201球心的轴线、以及连接所述主动臂14与转动叉12的转动轴线相互平行。

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例1：

结合图1~4，一种三平三转六自由度并联机构，包括固定架1、动平台2以及布置在所述固定架1与动平台2之间的第一支链、第二支链和第三支链；所述第一支链、第二支链和第三支链结构相同，每条支链均包括固定设置在固定架上的第一驱动装置11、转动叉12、固定设置在转动叉12上的第二驱动装置13、主动臂14、第一T形轴15、第二T形轴16、第一从动臂17、第二从动臂18、第三T形轴19、第四T形轴20和连接轴21。所述转动叉12与固定架1转动连接，且与第一驱动装置11的驱动端固接，所述主动臂14的一端转动连接于转动叉12内，且与所述第二驱动装置13的驱动端固接，所述主动臂14远离第二驱动装置13的那一端的两侧分别与第一T形轴15、第二T形轴16的一端转动连接，所述第一T形轴15的另一端与第一从动臂17的一端转动连接，所述第一从动臂17的另一端与第三T形轴19的一端转动连接，所述第三T形轴19的另一端与连接轴21转动连接，所述第二T形轴16的另一端与第二从动臂18的一端转动连接，所述第二从动臂18的另一端与第四T形轴20的一端转动连接，所述第四T形轴20的另一端与连接轴21转动连接，所述连接轴21与动平台2转动连接。所述第一从动臂17和第二从动臂18平行且等长，所述动平台2末端固接有吸盘3。

连接所述转动叉12和固定架1的转动轴线与连接所述主动臂14和转动叉12的转动轴线垂直相交；连接所述第一T形轴15和主动臂14的转动轴线与连接所述第一T形轴15和第一从动臂17的转动轴线垂直相交；连接所述第二T形轴16和主动臂14的转动轴线与连接所述第二T形轴16和第二从动臂18的转动轴线垂直相交；连接所述第三T形轴19和连接轴21的转动轴线与连接所述第三T形轴19和第一从动臂17的转动轴线垂直相交；连接所述第四T形轴20和连接轴21的转动轴线与连接所述第四T形轴20和第二从动臂18的转动轴线垂直相交；连接所述第三T形轴19和连接轴21的转动轴线与连接所述连接轴21和动平台2的转动轴线垂直相交；连接所述第四T形轴20和连接轴21的转动轴线与连接所述连接轴21和动平台2的转动轴线垂直相交。

连接所述第一T形轴15和主动臂14的转动轴线与连接所述第二T形轴16和主动臂14的转动轴线共线于第一轴线a，连接所述第三T形轴19和连接轴21的转动轴线与连接所述第四T形轴20和连接轴21的转动轴线共线于第二轴线b，所述第一轴线a、第二轴线b、以及连接所述主动臂14和转动叉12的转动轴线相互平行。

连接第一T形轴15和第一从动臂17的转动轴线、连接第二T形轴16和第二从动臂18的转动轴线、连接第三T形轴19和第一从动臂17的转动轴线、连接第四T形轴20和第二从动臂18的转动轴线共四条轴线相互平行。

连接所述动平台2与第一支链、第二支链和第三支链中的连接轴21的三条转动轴线相互不平行。

实施例2：

结合图5~7和图3，一种三平三转六自由度并联机构，包括固定架1、动平台2以及布置在所述固定架1与动平台2之间的第一支链、第二支链和第三支链；所述第一支链、第二支链和第三支链结构相同，每条支链均包括固定设置在固定架1上的第一驱动装置11、转动叉12、固定设置在转动叉12上的第二驱动装置13、主动臂14、第一球接头15、第二球接头16、第一从动臂17、第二从动臂18、第三球接头19、第四球接头20和连接轴21。所述转动叉12与固定架1转动连接，且与第一驱动装置11的驱动端固接，所述主动臂14的一端转动连接于转动叉12内，且与所述第二驱动装置13的驱动端固接，所述主动臂14远离第二驱动装置13的那一端的两侧分别与第一球接头15和第二球接头16固接；所述第一从动臂17的一端与第一球接头19球铰接，另一端与第三球接头20球铰接；所述第二从动臂18的一端与第二球接头16球铰接，另一端与第四球接头20球铰接；所述第三球接头19和第四球接头20均与所述连接轴21固接，所述连接轴21与动平台2转动连接。所述动平台2末端固接有吸盘3。所述第一从动臂17和第二从动臂18平行且等长，所述第一从动臂17和第二从动臂18之间设有连接杆22，所述连接杆22一端与第一从动臂17转动连接，另一端与第二从动臂18转动连接。

连接所述转动叉12与固定架1的转动轴线和连接所述主动臂14与转动叉12的转动轴线垂直相交。

过所述第一球接头15的球心和第二球接头16的球心两个球心的所在轴线、过所述第三球接头19的球心和第四球接头20的球心两个球心的所在轴线、过所述连接杆22与第一从动臂17的转动中心和连接杆22与第二从动臂18的转动中心两个中心的所在轴线、以及连接所述主动臂14与转动叉12的转动轴线相互平行。

连接所述动平台2与第一支链、第二支链和第三支链中的连接轴21的三条转动轴线相互不平行。

由上可知，本发明的每条支链设置有两个驱动装置，且驱动装置均设置在固定架附近，有利于提高机构的动态特性。本发明的并联机构避免在动平台末端使用三自由度手腕，只需采用单动平台结构，结构简单，并有效减少了运动部件的质量，有利于实现高速度和高加速度。本发明采用三条支链实现六个自由度，有利于降低制造成本。

Claims (6)

1.一种三平三转六自由度并联机构，其特征在于，所述并联机构包括固定架（1）、动平台（2）以及布置在所述固定架（1）与动平台（2）之间的第一支链、第二支链和第三支链；所述第一支链、第二支链和第三支链结构相同，每条支链均包括固定设置在固定架（1）上的第一驱动装置（11）、转动叉（12）、固定设置在转动叉（12）上的第二驱动装置（13）、主动臂（14）、第一从动臂（17）、第二从动臂（18）和连接轴（21）；所述转动叉（12）与固定架（1）转动连接，且与第一驱动装置（11）的驱动端固接，所述主动臂（14）的一端转动连接于转动叉（12）内，且与所述第二驱动装置（13）的驱动端固接，所述主动臂（14）的另一端的两侧分别与第一从动臂（17）、第二从动臂（18）的一端连接，所述第一从动臂（17）、第二从动臂（18）的另一端与连接轴（21）连接，所述连接轴（21）与动平台（2）转动连接，所述第一从动臂（17）与第二从动臂（18）平行且等长；

连接所述转动叉（12）和固定架（1）的转动轴线与连接所述主动臂（14）和转动叉（12）的转动轴线垂直相交；连接所述动平台（2）与第一支链、第二支链和第三支链中的连接轴（21）的三条转动轴线相互不平行。

2.根据权利要求1所述的三平三转六自由度并联机构，其特征在于，所述主动臂（14）与第一从动臂（17）之间通过第一T形轴（15）连接，主动臂（14）与第二从动臂（18）之间通过第二T形轴（16）连接，第一从动臂（17）与连接轴（21）之间通过第三T形轴（19）连接，第二从动臂（18）与连接轴（21）之间通过第四T形轴（20）连接。

3.根据权利要求1所述的三平三转六自由度并联机构，其特征在于，所述主动臂（14）与第一从动臂（17）之间通过第一球接头（151）连接，主动臂（14）与第二从动臂（18）之间通过第二球接头（161）连接，第一从动臂（17）与连接轴（21）之间通过第三球接头（191）连接，第二从动臂（18）与连接轴（21）之间通过第四球接头（201）连接。

4.根据权利要求3所述的三平三转六自由度并联机构，其特征在于，所述第一从动臂（17）和第二从动臂（18）之间设有连接杆（22），所述连接杆（22）一端与第一从动臂（17）转动连接，另一端与第二从动臂（18）转动连接；过连接杆（22）与第一从动臂（17）的转动中心和连接杆（22）与第二从动臂（18）的转动中心的轴线，同连接主动臂（14）与转动叉（12）的转动轴线相互平行。

5.根据权利要求2所述的三平三转六自由度并联机构，其特征在于，所述主动臂（14）与第一T形轴（15）之间转动连接，主动臂（14）与第二T形轴（16）之间转动连接，第一T形轴（15）与第一从动臂（17）之间转动连接，第二T形轴（16）与第二从动臂（18）之间转动连接；第一从动臂（17）与第三T形轴（19）之间转动连接，第三T形轴（19）与连接轴（21）之间转动连接，第二从动臂（18）与第四T形轴（20）之间转动连接，第四T形轴（20）与连接轴（21）之间转动连接；

连接所述第一T形轴（15）和主动臂（14）的转动轴线与连接所述第一T形轴（15）和第一从动臂（17）的转动轴线垂直相交；连接所述第二T形轴（16）和主动臂（14）的转动轴线与连接所述第二T形轴（16）和第二从动臂（18）的转动轴线垂直相交；

连接所述第三T形轴（19）和连接轴（21）的转动轴线与连接所述第三T形轴（19）和第一从动臂（17）的转动轴线垂直相交；连接所述第四T形轴（20）和连接轴（21）的转动轴线与连接所述第四T形轴（20）和第二从动臂（18）的转动轴线垂直相交；

连接所述第三T形轴（19）和连接轴（21）的转动轴线与连接所述连接轴（21）和动平台（2）的转动轴线垂直相交；连接所述第四T形轴（20）和连接轴（21）的转动轴线与连接所述连接轴（21）和动平台（2）的转动轴线垂直相交；

连接所述第一T形轴（15）和主动臂（14）的转动轴线与连接所述第二T形轴（16）和主动臂（14）的转动轴线共线于第一轴线（a），连接所述第三T形轴（19）和连接轴（21）的转动轴线与连接所述第四T形轴（20）和连接轴（21）的转动轴线共线于第二轴线（b），所述第一轴线（a）、第二轴线（b）、以及连接所述主动臂（14）和转动叉（12）的转动轴线相互平行；

连接第一T形轴（15）和第一从动臂（17）的转动轴线、连接第二T形轴（16）和第二从动臂（18）的转动轴线、连接第三T形轴（19）和第一从动臂（17）的转动轴线、连接第四T形轴（20）和第二从动臂（18）的转动轴线共四条轴线相互平行。

6.根据权利要求3所述的三平三转六自由度并联机构，其特征在于，所述第一球接头（151）和第二球接头（161）均与主动臂（14）固接；所述第三球接头（191）和第四球接头（201）均与连接轴（21）固接；所述第一从动臂（17）的一端与第一球接头（151）球铰接，另一端与第三球接头（191）球铰接；所述第二从动臂（18）的一端与第二球接头（161）球铰接，另一端与第四球接头（201）球铰接；

过所述第一球接头（151）球心和第二球接头（161）球心的轴线、过第三球接头（191）球心和第四球接头（201）球心的轴线、以及连接所述主动臂（14）与转动叉（12）的转动轴线相互平行。