CN105818137A - 一种具有三维平动的并联机构 - Google Patents

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赵学满
王攀峰
李丹
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0063—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having an universal joint at the base
    • B25J9/0069—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having an universal joint at the base with kinematics chains of the type universal-prismatic-universal

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Abstract

本发明公开了一种具有三维平动的并联机构，包括固定架和动平台，固定架上固定有三个伺服电机，每个伺服电机的输出轴上分别固接有一主动小齿轮，每个主动小齿轮带动两个安装于固定架上的被动大齿轮，被动大齿轮的齿轮轴与动平台之间均分别布置有一条可伸缩支链，每条可伸缩支链的结构相同，可伸缩支链包括与齿轮轴依次相连的丝杠和螺母管；丝杠的上端与齿轮轴之间采用虎克铰连接，丝杠的下端与螺母管的上端之间采用螺旋副连接，螺母管的下端与动平台之间采用虎克铰或球铰链连接；由同一个伺服电机带动的两条可伸缩支链构成一个可伸缩支链组。本发明中可伸缩支链只受拉压负荷，结构简单紧凑，增大了机构的刚度同时减轻了机构的总体质量。

Description

一种具有三维平动的并联机构
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种机器人的具有空间三维平动的并联机构。
背景技术
根据专利CN101244557A和US4976572(或WO7703527)可知，现有的可实现三维平动的并联机构，包括三组主动支链和一个动平台，每组支链包括近架杆和远架杆两部分。其中近架杆一端相对于固定机架仅具有一个转动自由度，另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与远架杆的一端连接；远架杆另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与动平台连接，从而保证机构的三维平动。上述机构的局限性在于：机构整体刚度较差，工作空间较小，只适用于轻小物体的短距离搬运。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种大工作空间和刚度的三维平动并联机构。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种具有三维平动的并联机构，包括固定架和动平台，所述固定架上固定有三个伺服电机，每个伺服电机的输出轴上分别固接有一主动小齿轮，每个主动小齿轮通过齿轮组或齿形带分别带动两个安装于固定架上的被动大齿轮，所述被动大齿轮的齿轮轴为传动轴，所述传动轴与所述动平台之间均分别布置有一条可伸缩支链，每条可伸缩支链的结构相同，所述可伸缩支链包括与传动轴依次相连的丝杠和螺母管；所述丝杠的上端与所述传动轴之间采用虎克铰或球笼式万向节或球销副连接，所述丝杠的下端与所述螺母管的上端之间采用螺旋副连接，所述螺母管的下端与所述动平台之间采用虎克铰或球铰链连接；由同一个伺服电机带动的两条可伸缩支链构成一个可伸缩支链组；由同一个伺服电机带动的两条可伸缩支链构成一个可伸缩支链组；所述螺母管的下端与所述动平台之间采用虎克铰连接时，属于同一个可伸缩支链组的两个螺母管的下端与所述动平台之间的虎克铰的近动平台轴线共轴；所述螺母管的下端与所述动平台之间采用球铰链连接时，属于同一个可伸缩支链组的两个螺母管之间连接有连杆，所述连杆的两端与所述螺母管之间均为转动连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明具有的优点和积极效果是：伺服电机固定，利用虎克铰传递转动于螺旋副，实现动平台的三维平动，可伸缩支链只受拉压负荷，结构简单紧凑，增大了机构的刚度同时减轻了机构的总体质量。
附图说明
图1为本发明一种具有三维平动的并联机构实施例1的结构示意图；
图2为图1中Ⅰ部放大图；
图3为本发明一种具有三维平动的并联机构实施例2的结构示意图；
图4为本发明一种具有三维平动的并联机构实施例3的结构示意图。
图中：
1-固定架2-伺服电机3-主动小齿轮4-齿形带
5-被动大齿轮6-传动轴7-上虎克铰8-丝杠
9-螺母管10-下虎克铰11-动平台12-连杆
13-球铰链
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1所示，本发明一种具有三维平动的并联机构，包括固定架1和动平台11，所述固定架1上固定有三个伺服电机2，每个伺服电机的输出轴上分别固接有一主动小齿轮3，每个主动小齿轮3通过齿形带4分别带动两个安装于固定架1上的被动大齿轮5，所述被动大齿轮5的齿轮轴为传动轴6，所述被动大齿轮5的回转轴线与所述传动轴6的轴线重合，所述传动轴6与所述动平台11之间均分别布置有一条可伸缩支链，每条可伸缩支链的结构相同，所述可伸缩支链包括与传动轴6依次相连的丝杠8和螺母管9；如图2所示，所述丝杠8的上端与所述传动轴6之间采用上虎克铰7连接，所述丝杠8的下端与所述螺母管9的上端之间采用螺旋副连接，所述螺母管9的下端与所述动平台11之间采用下虎克铰10连接；由同一个伺服电机2带动的两条可伸缩支链构成一个可伸缩支链组，从而在所述固定架1与动平台11之间布置了三个可伸缩支链组，属于同一个可伸缩支链组的两个螺母管9的下端与所述动平台11之间的下虎克铰10的近架轴线共轴，同一可伸缩支链组中，两个相同的可伸缩支链通过有固定位置的四个虎克铰(包括两个上虎克铰7和两个下虎克铰10)构成一对边相等的四边形；每个可伸缩支链组中的所述伺服电机2为与其输出端固接的所述主动小齿轮3提供一个转动自由度，通过所述齿形带4带动两个被动大齿轮5同步转动，进而带动两个传动轴6，再利用两个上虎克铰同步传递转动于两个丝杠8，实现摆动过程中可伸缩支链组的两个支链同步伸缩。
上述结构中的任意两个可伸缩支链组可以限制动平台11的三个转动自由度，即动平台11可实现三维平动。
所述主动小齿轮3、齿形带4、；两个被动大齿轮5的传动形式还可以使用齿轮组代替。
所述丝杠8可以使用有牙丝杠，也可使用具有螺旋副功能的无牙丝杠。所述丝杠8所需的转动既可以如图2所示由上虎克铰7传递，该上虎克铰7也可以采用球笼式万向节或球销副代替。
如图3所示，所述螺母管9的下端与所述动平台11之间采用球铰链连接时，属于同一个可伸缩支链组的两个螺母管9之间连接有连杆12，所述连杆12的两端与所述螺母管9之间均为转动连接，即所述连杆12的两端通过转动副分别连接螺母管9，且所述转动副轴线与所述下虎克铰10的远动平台轴线平行，两个所述下虎克铰10的近近动平台轴线重合，该下虎克铰10也可用球铰链(如图4所示)或球笼万向节代替。每个可伸缩支链组中的所述连杆12、两个螺母管9和动平台11构成一对边等长四边形。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：
本发明中伺服电机2固定在固定架1上，利用虎克铰传递转动于螺旋副，实现动平台11的三维平动，固定架1结构简单，尺寸链短，可伸缩支链只受拉压负荷，增大了机构刚度的同时减轻了机构的总体质量。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种具有三维平动的并联机构，包括固定架(1)和动平台(11)，其特征在于：
所述固定架(1)上固定有三个伺服电机(2)，每个伺服电机的输出轴上分别固接有一主动小齿轮(3)，每个主动小齿轮(3)通过齿轮组或齿形带分别带动两个安装于固定架(1)上的被动大齿轮(5)，所述被动大齿轮(5)的齿轮轴为传动轴(6)，所述传动轴(6)与所述动平台(11)之间均分别布置有一条可伸缩支链，每条可伸缩支链的结构相同，所述可伸缩支链包括与传动轴(6)依次相连的丝杠(8)和螺母管(9)；所述丝杠(8)的上端与所述传动轴(6)之间采用虎克铰或球笼式万向节或球销副连接，所述丝杠(8)的下端与所述螺母管(9)的上端之间采用螺旋副连接，所述螺母管(9)的下端与所述动平台(11)之间采用虎克铰或球铰链连接；由同一个伺服电机带动的两条可伸缩支链构成一个可伸缩支链组；
所述螺母管(9)的下端与所述动平台(11)之间采用虎克铰连接时，属于同一个可伸缩支链组的两个螺母管(9)的下端与所述动平台(11)之间的虎克铰的近动平台轴线共轴；
所述螺母管(9)的下端与所述动平台(11)之间采用球铰链连接时，属于同一个可伸缩支链组的两个螺母管(9)之间连接有连杆(12)，所述连杆(12)的两端与所述螺母管(9)之间均为转动连接。
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