CN105881508B - 一种新型三自由度平动并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型三自由度平动并联机构，包括固定架、动平台以及布置在固定架与动平台之间的结构相同的三条支链；每条支链包括驱动电机、小齿轮、两个大齿轮、齿形带、两个丝杠、两个螺母和连杆；驱动电机固定在固定架上，小齿轮固接在驱动电机的输出端，两个大齿轮通过第一转动副与固定架连接，小齿轮通过齿形带带动两个大齿轮；螺母通过仅有两个回转自由度的铰链与大齿轮连接，驱动电机将动力依次传递给小齿轮、齿形带、两个大齿轮、两个螺母，使得两个丝杠相对螺母同步移动；控制三条支链中的驱动电机实现所述动平台的三维平动。本发明具有结构简单、总体质量小、刚度高、精度高和工作空间大的特点。

Description

一种新型三自由度平动并联机构

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

根据公开号为CN101244557A和US4976572(或WO7703527)的专利文献所披露的内容可知，现有的可实现三维平动的并联机构，其结构主要是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，从而保证动平台的三维平动。上述机构的局限性是：机构整体刚度较差，只适用于轻小物体的搬运。

发明内容

针对上述公知技术中存在的技术问题，本发明提供一种新型的三自由度平动并联机构，具有结构简单、总体质量小、刚度高、精度高和工作空间大的特点，可以用于重载搬运与轻型加工领域。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种新型三自由度平动并联机构，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结构相同的三条支链；每条支链包括驱动电机、小齿轮、两个大齿轮、齿形带、两个丝杠、两个螺母和连杆；所述驱动电机固定在所述固定架上，所述小齿轮固接在所述驱动电机的输出端，两个大齿轮通过第一转动副与所述固定架连接，所述小齿轮通过所述齿形带带动两个大齿轮；所述螺母通过仅有两个回转自由度的铰链与所述大齿轮连接，两个丝杠的一端均分别通过螺旋副与两个螺母连接，两个丝杠的另一端与所述动平台连接，两个丝杠与所述动平台之间的连接结构由以下两种情形之一：一种是：两个丝杠的另一端均分别通过第二转动副与所述连杆的两端连接，且所述第二转动副的轴线垂直于所述连杆的轴线；每条支链中的所述连杆上的两个第二转动副的轴线平行，且所述连杆上的两个第二转动副的中心连线平行且等长于两个所述螺母的中心连线；所述连杆通过第三转动副与所述动平台连接，且所述第三转动副的轴线与所述连杆的轴线重合；另一种是：两个丝杠的另一端均分别通过仅有两个回转自由度的铰链与所述动平台连接，且两个所述螺母的中心连线平行且等长于所述动平台上两个所述仅有两个回转自由度的铰链的中心连线；所述驱动电机将动力依次传递给所述小齿轮、齿形带、两个大齿轮、两个螺母，使得两个丝杠相对螺母同步移动；控制三条支链中的驱动电机实现所述动平台的三维平动。

进一步讲，所述仅有两个回转自由度的铰链为虎克铰或球销副。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

驱动电机固定，利用两回转自由度的铰链传递转动于螺旋副，实现动平台的三维平动，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是本发明三自由度平动并联机构的总体结构示意图；

图2是图1中所示虎克铰链的安装示意图；

图3是图1中所示球销副安装剖视图。

图中：

1-固定架 2-动平台 3-驱动电机 4-小齿形轮

5-大齿形轮 6-齿形带 7-螺母 8-丝杠

9-连杆 10-虎克铰链外圈 11-虎克铰链内圈 12-球窝

13-球 14-销

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，本发明提出的一种新型三自由度平动并联机构，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之间的结构相同的三条支链。

每条支链包括驱动电机3、小齿轮4、两个大齿轮5、齿形带6、两个丝杠8、两个螺母7和连杆9；所述驱动电机3固定在所述固定架1上，所述小齿轮固接在所述驱动电机3的输出端，两个大齿轮5通过第一转动副与所述固定架1连接，所述小齿轮4通过所述齿形带6带动两个大齿轮5；所述螺母7通过仅有两个回转自由度的铰链与所述大齿轮5连接，两个丝杠8的一端均分别通过螺旋副与两个螺母7连接，两个丝杠8的另一端与所述动平台2连接，两个丝杠8与所述动平台2之间的连接结构由以下两种情形之一：

一种是：两个丝杠8的另一端均分别通过第二转动副与所述连杆9的两端连接，且所述第二转动副的轴线垂直于所述连杆9的轴线；每条支链中的所述连杆9上的两个第二转动副的轴线平行，且所述连杆9上的两个第二转动副的中心连线平行且等长于两个所述螺母7的中心连线；所述连杆9通过第三转动副与所述动平台2连接，且所述第三转动副的轴线与所述连杆9的轴线重合；

另一种是：两个丝杠8的另一端均分别通过仅有两个回转自由度的铰链与所述动平台连接，且两个所述螺母7的中心连线平行且等长于所述动平台2上两个所述仅有两个回转自由度的铰链的中心连线。

本发明中，所述仅有两个回转自由度的铰链为虎克铰链或是球销副。如图2所示，所述大齿轮5与所述螺母7之间的仅有两个回转自由度的铰链为虎克铰链，如图2所示，所述螺母7固接于虎克铰链内圈11，虎克铰链外圈10通过转动副与所述大齿形轮5连接。如图3所示，所述大齿轮5与所述螺母7之间的仅有两个回转自由度的铰链可以是球销副，所述螺母7固接于球13，球窝12与所述大齿轮5固接，球窝12与球13之间设有销14。

本发明工作时，通过控制所述驱动电机3可以带动所述小齿轮4转动，通过所述齿形带6带动两个所述大齿轮5，通过所述仅有两个回转自由度的铰链将转动传递给所述螺母7，使得两个丝杠8分别相对于两个螺母7作同步移动。在运动过程中，任意两条所述支链中的连杆9始终平行于所述固定架1，可使得所述动平台2平行于所述固定架1。控制三条支链中的驱动电机3实现所述动平台2的三维平动。

本发明中，驱动电机3固定在固定架1上，利用仅有两回转自由度的铰链将传递转动于螺旋副，从而实现动平台2的三维平动，由于本发明中的支链只受拉压负荷，其结构简单紧凑，增大了机构的刚度同时减轻了机构的总体质量。

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 (3)

1.一种新型三自由度平动并联机构，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)之间的结构相同的三条支链；其特征在于；

每条支链包括驱动电机(3)、小齿轮(4)、两个大齿轮(5)、齿形带(6)、两个丝杠(8)、两个螺母(7)和连杆(9)；所述驱动电机(3)固定在所述固定架(1)上，所述小齿轮固接在所述驱动电机(3)的输出端，两个大齿轮(5)通过第一转动副与所述固定架(1)连接，所述小齿轮(4)通过所述齿形带(6)带动两个大齿轮(5)；所述螺母(7)通过仅有两个回转自由度的铰链与所述大齿轮(5)连接，两个丝杠(8)的一端均分别通过螺旋副与两个螺母(7)连接，两个丝杠(8)的另一端与所述动平台(2)连接，两个丝杠(8)与所述动平台(2)之间的连接结构由以下两种情形之一：

一种是：两个丝杠(8)的另一端均分别通过第二转动副与所述连杆(9)的两端连接，且所述第二转动副的轴线垂直于所述连杆(9)的轴线；每条支链中的所述连杆(9)上的两个第二转动副的轴线平行，且所述连杆(9)上的两个第二转动副的中心连线平行且等长于两个所述螺母(7)的中心连线；所述连杆(9)通过第三转动副与所述动平台(2)连接，且所述第三转动副的轴线与所述连杆(9)的轴线重合；

另一种是：两个丝杠(8)的另一端均分别通过仅有两个回转自由度的铰链与所述动平台连接，且两个所述螺母(7)的中心连线平行且等长于所述动平台(2)上两个所述仅有两个回转自由度的铰链的中心连线；

所述驱动电机(3)将动力依次传递给所述小齿轮(4)、齿形带(6)、两个大齿轮(5)、两个螺母(7)，使得两个丝杠(8)相对螺母(7)同步移动；控制三条支链中的驱动电机(3)运动，改变三条支链长度，实现所述动平台(2)的三维平动。

2.根据权利要求1所述一种新型三自由度平动并联机构，其特征在于，用于连接螺母(7)与大齿轮(5)的所述仅有两个回转自由度的铰链为虎克铰链。

3.根据权利要求1所述一种新型三自由度平动并联机构，其特征在于，用于连接螺母(7)与大齿轮(5)的所述仅有两个回转自由度的铰链为球销副。