CN105234925A

CN105234925A - 一种三平动并联机构

Info

Publication number: CN105234925A
Application number: CN201510782625.2A
Authority: CN
Inventors: 汪满新; 冯虎田; 欧屹
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2016-01-13

Abstract

本发明公开了一种三平动并联机构，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以及四个T形轴，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形轴与动平台相连。该并联机构动可有效消除过约束，结构简单紧凑、有利于减少制造成本。

Description

一种三平动并联机构

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并联机构。

背景技术

空间三平动并联机构因可满足空间物体的搬运等操作，已被广泛应用于食品医药、现代物流、电子信息等领域自动化生产线高速轻载搬运作业。

美国专利US4976582公开了一种三维平动一维转动并联机构，包括三条支链，每条支链均包括主动臂和从动臂两部分，此类机构支链的形式分为两种，一种为主动臂和从动臂均为单杆形式，从动臂的两端通过虎克铰分别与主动臂和动平台连接，另一种为主动臂为单杆，而从动臂为双杆，双杆从动臂构成平行四边形，每根杆两端通过虎克铰或球铰链分别与主动臂和动平台连接。该三条支链共同限制东平台的三维转动，使得动平台只有三个平动自由度。此外，该机构通过在动平台上设置主动转动副或通过设置在固定架和动平台之间的传动轴，实现被操作对象绕其纵向轴线的转动。该机构已被广泛应用于食品包装、轻小物料搬运等领域。

上述并联机构为过约束并联机构，使得铰链容易磨损，且过约束将提高零部件的制造精度要求和增加装配难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非过约束三维平动并联机构。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种三平动并联机构，包括固定架、动平台以及布置在固定架与动平台之间的第一支链、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，每条支链均包括转动叉、固定设置在转动叉上的驱动装置、主动臂、第一从动臂和第二从动臂，所述转动叉转动连接于固定架上，所述主动臂的一端转动连接于转动叉内，且与所述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动平台连接，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；连接所述固定架与第一支链、第二支链、第三支链中的转动叉的三条转动轴线不共面。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的三维平动并联机构结构简单紧凑，运动方式明确。由于每条增加一个转动叉与固定架转动连接，可释放支链中的一个力偶约束，使得机构为非过约束机构，可降低制造成本和装配难度。

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T形轴的结构示意图。

图4为本发明实施例2的结构示意图。

图5为本发明实施例2中支链的结构示意图。

图6为本发明球接头的结构示意图。

图中标号所代表的含义为：1、固定架，2、动平台，11、转动叉，12、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、连接件，141、第一球接头，151、第二球接头，181、第三球接头，191、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，本发明的一种三平动并联机构，包括固定架1、动平台2以及布置在固定架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，每条支链均包括转动叉11、固定设置在转动叉11上的驱动装置12、主动臂13、第一从动臂16和第二从动臂17，所述转动叉11转动连接于固定架1上，所述主动臂13的一端转动连接于转动叉11内，且与所述驱动装置12的驱动端固接，所述主动臂13的另一端的两侧分别与第一从动臂16、第二从动臂17的一端连接，所述第一从动臂16、第二从动臂17的另一端与动平台2连接，所述第一从动臂16与第二从动臂17平行且等长；

连接所述转动叉11和固定架1的转动轴线与连接所述主动臂13和转动叉11的转动轴线垂直相交；连接所述固定架1与第一支链、第二支链、第三支链中的转动叉11的三条转动轴线不共面。

所述主动臂13与第一从动臂16之间通过第一T形轴14连接，主动臂13与第二从动臂17之间通过第二T形轴15连接，第一从动臂16与动平台2之间通过第三T形轴18连接，第二从动臂17与动平台2之间通过第四T形轴19连接。

所述主动臂13与第一T形轴14之间转动连接，主动臂13与第二T形轴15之间转动连接，第一T形轴14与第一从动臂16之间转动连接，第二T形轴15与第二从动臂17之间转动连接；第一从动臂16与第三T形轴18之间转动连接，第三T形轴18与动平台2之间转动连接，第二从动臂17与第四T形轴19之间转动连接，第四T形轴19与动平台2之间转动连接；

连接所述第一T形轴14和主动臂13的转动轴线与连接所述第一T形轴14和第一从动臂16的转动轴线垂直相交；连接所述第二T形轴15和主动臂13的转动轴线与连接所述第二T形轴15和第二从动臂17的转动轴线垂直相交；

连接所述第三T形轴18和动平台2的转动轴线与连接所述第三T形轴18和第一从动臂16的转动轴线垂直相交；连接所述第四T形轴19和动平台2的转动轴线与连接所述第四T形轴19和第二从动臂17的转动轴线垂直相交；

连接所述第一T形轴14和主动臂13的转动轴线与连接所述第二T形轴15和主动臂13的转动轴线共线于第一轴线a，连接所述第三T形轴18和动平台2的转动轴线与连接所述第四T形轴19和动平台2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13和转动叉11的转动轴线相互平行；

连接第一T形轴14和第一从动臂16的转动轴线、连接第二T形轴15和第二从动臂17的转动轴线、连接第三T形轴18和第一从动臂16的转动轴线、连接第四T形轴19和第二从动臂17的转动轴线共四条轴线相互平行。

或者，所述主动臂13与第一从动臂16之间通过第一球接头141连接，主动臂13与第二从动臂17之间通过第二球接头151连接，第一从动臂16与动平台2之间通过第三球接头181连接，第二从动臂17与动平台2之间通过第四球接头191连接。

所述第一球接头141和第二球接头151均与主动臂13固接；所述第三球接头181和第四球接头191均与动平台2固接；所述第一从动臂16的一端与第一球接头141球铰接，另一端与第三球接头181球铰接；所述第二从动臂17的一端与第二球接头151球铰接，另一端与第四球接头191球铰接；

过所述第一球接头141球心和第二球接头151球心的轴线、过第三球接头181球心和第四球接头191球心的轴线、以及连接所述主动臂13与转动叉11的转动轴线相互平行。

或者，所述主动臂13与第一从动臂16之间通过第一T形轴14连接，主动臂13与第二从动臂17之间通过第二T形轴15连接，第一从动臂16与动平台2之间通过第三球接头181连接，第二从动臂17与动平台2之间通过第四球接头191连接。

或者，所述主动臂13与第一从动臂16之间通过第一球接头141连接，主动臂13与第二从动臂17之间通过第二球接头(151)连接，第一从动臂16与动平台2之间通过第三T形轴18连接，第二从动臂17与动平台2之间通过第四T形轴19连接。

优选的，所述第一从动臂16和第二从动臂17之间设有连接杆20，所述连接杆20一端与第一从动臂16转动连接，另一端与第二从动臂17转动连接；过连接杆20与第一从动臂16的转动中心和连接杆20与第二从动臂17的转动中心的轴线，同连接主动臂13与转动叉11的转动轴线相互平行。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：

实施例1

结合图1~3，一种三平动并联机构，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，每条支链均包括转动叉11、固定设置在转动叉11上的驱动装置12、主动臂13、第一T形轴14、第二T形轴15、第一从动臂16、第二从动臂17、第三T形轴18和第四T形轴19；所述转动叉11转动连接于固定架1上，所述主动臂13的一端转动连接于转动叉11内，且与所述驱动装置12的驱动端固接，所述主动臂13远离驱动装置12的那一端的两侧分别与第一T形轴14、第二T形轴15的一端转动连接，所述第一T形轴14的另一端与第一从动臂16的一端转动连接，所述第一从动臂16的另一端与第三T形轴18的一端转动连接，所述第三T形轴18的另一端转与动平台2转动连接，所述第二T形轴15的另一端与第二从动臂17的一端转动连接，所述第二从动臂17的另一端与第四T形轴19的一端转动连接，所述第四T形轴19的另一端与动平台2转动连接。所述第一从动臂16和第二从动臂17平行且等长。

连接所述转动叉11和固定架1的转动轴线与连接所述主动臂13和转动叉11的转动轴线垂直相交；连接所述第一T形轴14和主动臂13的转动轴线与连接所述第一T形轴14和第一从动臂16的转动轴线垂直相交；连接所述第二T形轴15和主动臂13的转动轴线与连接所述第二T形轴15和第二从动臂17的转动轴线垂直相交；连接所述第三T形轴18和动平台2的转动轴线与连接所述第三T形轴18和第一从动臂16的转动轴线垂直相交；连接所述第四T形轴19和动平台2的转动轴线与连接所述第四T形轴19和第二从动臂17的转动轴线垂直相交。

连接所述第一T形轴14和主动臂13的转动轴线与连接所述第二T形轴15和主动臂13的转动轴线共线于第一轴线a，连接所述第三T形轴18和动平台2的转动轴线与连接所述第四T形轴19和动平台2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13和转动叉11的转动轴线相互平行。

连接所述固定架1与第一支链、第二支链、第三支链中的转动叉11的三条转动轴线不共面。

实施例2

结合图4~6，一种三平动并联机构，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，每条支链均包括转动叉11、固定设置在转动叉11上的驱动装置12、主动臂13、第一球接头14、第二球接头15、第一从动臂16、第二从动臂17、第三球接头18和第四球接头19。所述转动叉11转动连接于固定架1上，所述主动臂13的一端转动连接于转动叉11内，且与所述驱动装置12的驱动端固接，所述主动臂13远离驱动装置12的那一端的两侧分别与第一球接头14和第二球接头15固接；所述第一从动臂16的一端与第一球接头14球铰接，另一端与第三球接头18球铰接；所述第二从动臂17的一端与第二球接头15球铰接，另一端与第四球接头19球铰接；所述第三球接头18和第四球接头19均与动平台2固接。所述第一从动臂16和第二从动臂17平行且等长，所述第一从动臂16和第二从动臂17之间设有连接杆20，所述连接杆20一端与第一从动臂16转动连接，另一端与第二从动臂17转动连接。

连接所述转动叉11与固定架1的转动轴线和连接所述主动臂13与转动叉11的转动轴线垂直相交。

过所述第一球接头14球心和第二球接头15球心所在轴线、过所述第三球接头18球心和第四球接头19球心所在轴线、过所述连接杆20与第一从动臂16的转动中心和连接杆20与第二从动臂17的转动中心的所在轴线、以及连接所述主动臂13与转动叉11的转动轴线相互平行。

实施例3

本实施例与实施例2类似，区别点仅在于，所述主动臂13与第一从动臂16之间通过第一T形轴14连接，主动臂13与第二从动臂17之间通过第二T形轴15连接。

实施例4

本实施例与实施例2类似，区别点仅在于，第一从动臂16与动平台2之间通过第三T形轴18连接，第二从动臂17与动平台2之间通过第四T形轴19连接。

由上可知，本发明中每条支链均增加一个转动叉与固定架转动连接，可有效释放支链中的一个转动约束，使得机器人为非过约束机构，有利于降低零部件的制造精度和装配难度，从而降低制造成本。

Claims

1.一种三平动并联机构，包括固定架（1）、动平台（2）以及布置在固定架（1）与动平台（2）之间的第一支链、第二支链和第三支链，其特征在于，

所述第一支链、第二支链和第三支链结构相同，每条支链均包括转动叉（11）、固定设置在转动叉（11）上的驱动装置（12）、主动臂（13）、第一从动臂（16）和第二从动臂（17），所述转动叉（11）转动连接于固定架（1）上，所述主动臂（13）的一端转动连接于转动叉（11）内，且与所述驱动装置（12）的驱动端固接，所述主动臂（13）的另一端的两侧分别与第一从动臂（16）、第二从动臂（17）的一端连接，所述第一从动臂（16）、第二从动臂（17）的另一端与动平台（2）连接，所述第一从动臂（16）与第二从动臂（17）平行且等长；

连接所述转动叉（11）和固定架（1）的转动轴线与连接所述主动臂（13）和转动叉（11）的转动轴线垂直相交；连接所述固定架（1）与第一支链、第二支链、第三支链中的转动叉（11）的三条转动轴线不共面。

2.根据权利要求1所述的三平动并联机构，其特征在于，所述主动臂（13）与第一从动臂（16）之间通过第一T形轴（14）连接，主动臂（13）与第二从动臂（17）之间通过第二T形轴（15）连接，第一从动臂（16）与动平台（2）之间通过第三T形轴（18）连接，第二从动臂（17）与动平台（2）之间通过第四T形轴（19）连接。

3.根据权利要求1所述的三平动并联机构，其特征在于，所述主动臂（13）与第一从动臂（16）之间通过第一球接头（141）连接，主动臂（13）与第二从动臂（17）之间通过第二球接头（151）连接，第一从动臂（16）与动平台（2）之间通过第三球接头（181）连接，第二从动臂（17）与动平台（2）之间通过第四球接头（191）连接。

4.根据权利要求1所述的三平动并联机构，其特征在于，所述主动臂（13）与第一从动臂（16）之间通过第一T形轴（14）连接，主动臂（13）与第二从动臂（17）之间通过第二T形轴（15）连接，第一从动臂（16）与动平台（2）之间通过第三球接头（181）连接，第二从动臂（17）与动平台（2）之间通过第四球接头（191）连接。

5.根据权利要求1所述的三平动并联机构，其特征在于，所述主动臂（13）与第一从动臂（16）之间通过第一球接头（141）连接，主动臂（13）与第二从动臂（17）之间通过第二球接头(151)连接，第一从动臂（16）与动平台（2）之间通过第三T形轴（18）连接，第二从动臂（17）与动平台（2）之间通过第四T形轴（19）连接。

6.根据权利要求3、4或5所述的三平动并联机构，其特征在于，所述第一从动臂（16）和第二从动臂（17）之间设有连接杆（20），所述连接杆（20）一端与第一从动臂（16）转动连接，另一端与第二从动臂（17）转动连接；过连接杆（20）与第一从动臂（16）的转动中心和连接杆（20）与第二从动臂（17）的转动中心的轴线，同连接主动臂（13）与转动叉（11）的转动轴线相互平行。

7.根据权利要求2所述的三平动并联机构，其特征在于，所述主动臂（13）与第一T形轴（14）之间转动连接，主动臂（13）与第二T形轴（15）之间转动连接，第一T形轴（14）与第一从动臂（16）之间转动连接，第二T形轴（15）与第二从动臂（17）之间转动连接；第一从动臂（16）与第三T形轴（18）之间转动连接，第三T形轴（18）与动平台（2）之间转动连接，第二从动臂（17）与第四T形轴（19）之间转动连接，第四T形轴（19）与动平台（2）之间转动连接；

连接所述第一T形轴（14）和主动臂（13）的转动轴线与连接所述第一T形轴（14）和第一从动臂（16）的转动轴线垂直相交；连接所述第二T形轴（15）和主动臂（13）的转动轴线与连接所述第二T形轴（15）和第二从动臂（17）的转动轴线垂直相交；

连接所述第三T形轴（18）和动平台（2）的转动轴线与连接所述第三T形轴（18）和第一从动臂（16）的转动轴线垂直相交；连接所述第四T形轴（19）和动平台（2）的转动轴线与连接所述第四T形轴（19）和第二从动臂（17）的转动轴线垂直相交；

连接所述第一T形轴（14）和主动臂（13）的转动轴线与连接所述第二T形轴（15）和主动臂（13）的转动轴线共线于第一轴线（a），连接所述第三T形轴（18）和动平台（2）的转动轴线与连接所述第四T形轴（19）和动平台（2）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（13）和转动叉（11）的转动轴线相互平行；

连接第一T形轴（14）和第一从动臂（16）的转动轴线、连接第二T形轴（15）和第二从动臂（17）的转动轴线、连接第三T形轴（18）和第一从动臂（16）的转动轴线、连接第四T形轴（19）和第二从动臂（17）的转动轴线共四条轴线相互平行。

8.根据权利要求3所述的三平动并联机构，其特征在于，所述第一球接头（141）和第二球接头（151）均与主动臂（13）固接；所述第三球接头（181）和第四球接头（191）均与动平台（2）固接；所述第一从动臂（16）的一端与第一球接头（141）球铰接，另一端与第三球接头（181）球铰接；所述第二从动臂（17）的一端与第二球接头（151）球铰接，另一端与第四球接头（191）球铰接；

过所述第一球接头（141）球心和第二球接头（151）球心的轴线、过第三球接头（181）球心和第四球接头（191）球心的轴线、以及连接所述主动臂（13）与转动叉（11）的转动轴线相互平行。