CN105904441A - 一种两移动两转动四自由度全对称并联机构 - Google Patents

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    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0033—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a prismatic joint at the base

Abstract

本发明涉及一种两移动两转动四自由度全对称并联机构。目的是提供的机构具有制造成本低、装配简单、控制容易、刚度大、各向同性好等优点。技术方案是：一种两移动两转动四自由度全对称并联机构，该并联机构包括机架、动平台以及四个分支；四个分支中，每个分支依次包括移动副、转动副、连杆以及虎克铰；四个分支中，移动副轴线为平行四边形布置，转动副轴线相互平行且垂直于移动副轴线，虎克铰的第一转动轴线平行于转动副轴线，虎克铰的第二转动轴线相互平行；过渡平台为一平行四边形机构，由第一中间平台和第二中间平台、第一中间连杆和第二中间连杆以及四个转动副组成。

Description

一种两移动两转动四自由度全对称并联机构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体是一种两移动两转动四自由度全对称并联机构。
背景技术
并联机构指的是通过两条以上的运动链连接动平台(末端执行器)和定平台(固定机架)形成的一种闭环机构。由于其特殊的结构，并联机构具有刚度大、精度高、承载能力高、动力学性能好等优点。特别的，当并联机构同时满足以下四个条件：1.可以实现稳定的连续的多自由度运动；2.各个分支运动链结构相同；3.所有分支对称布置在定平台上；4.驱动器在分支上的安装位置相同。则可以称该机构为全对称并联机构。相比于一般的并联机构，全对称并联机构制造成本低，并且有很好的各向同性。因此全对称并联机构被广泛应用于食品包装、电子制造、医疗等领域。具体的应用领域涉及雷达定位装置、微操作机器人、运动模拟器、加工中心主轴头等。
在一些现代加工生产比如自动喷涂、焊接等领域，需要的机构自由度小于六，也就是少自由度并联机构。少自由度并联机构具有工作空间大，制造成本低、控制简单等优点。因此，能满足操作任务自由度要求的少自由度并联机构得以研发。其中，具有两移动两转动四自由度的并联机构是其中重要的一类，具有很高的工程应用价值。
现有的两移动两转动四自由度并联机构发明公布专利(如CN 1267582A、CN101966507 A、CN 201573206 U)，支链结构不对称，提高了制造与控制成本，且机构的各向性能存在不对称性，各向同性差。因此，提出一种制造成本低、控制简单、各向同性好、刚度大的两移动两转动四自由度并联机构很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提出一种两移动两转动四自由度的全对称并联机构，该机构具有制造成本低、装配简单、控制容易、刚度大、各向同性好等优点。
本发明提供的技术方案是：
一种两移动两转动四自由度全对称并联机构，其特征在于：该并联机构包括机架、定位在过渡平台上的动平台以及连接在机架与过渡平台之间且对称布置的四个分支；
四个分支中，每个分支依次包括连接在机架与过渡平台之间的移动副、转动副、连杆以及虎克铰；
所述四个分支中，移动副轴线为平行四边形布置，转动副轴线相互平行且垂直于移动副轴线，虎克铰的第一转动轴线平行于转动副轴线，虎克铰的第二转动轴线相互平行；
所述过渡平台为一平行四边形机构，由相互平行的第一中间平台和第二中间平台、相互平行的第一中间连杆和第二中间连杆以及轴线相互平行的四个转动副组成；
所述动平台的一端通过第一转动副定位在第一中间连杆的中心，动平台的另一端通过第二转动副定位在第二中间连杆的中心，第一转动副与第二转动副的轴线与所述的四个转动副轴线相互平行。
所述四个分支中的第一分支和第二分支分别通过虎克铰与第一中间平台的两端相连，其中的虎克铰的第二转动轴线共线；四个分支中的第三分支和第四分支分别通过虎克铰与第二中间平台的两端相连，其中的虎克铰的第二转动轴线共线。
所述四个分支中的移动副的导杆呈平行四边形状态布置在机架上，四根导杆的伸展方向相互平行。
所述并联机构的驱动机构为伺服电机，由伺服电机带动滚珠丝杠驱动移动副。
本发明的有益效果是：本发明提出的并联机构可以实现空间的两个移动和两个转动自由度，结构完全对称，具有制造成本低、装配简单、控制容易、刚度大、各向同性好等优点，可用于自动喷涂、焊接等领域。
附图说明
图1为两移动两转动四自由度全对称并联机构的立体结构示意图。
图2为过渡平台与动平台的连接关系示意图。
图中：机架1、动平台2、第一中间平台3、第二中间平台4、第一中间连杆5、第二中间连杆6、第一转动副7、第二转动副8、第三转动副9、第四转动副10、第五转动副11、第六转动副12、第一分支中移动副1P、第一分支中移动副的滑块1H、第一分支中的转动副1R、第一分支中的连杆1L、第一分支中的虎克铰1U。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例对本发明作进一步说明。
附图所示的两移动两转动四自由度全对称并联机构，包括机架1、定位于过渡平台上的动平台2以及连接于机架与过渡平台之间且对称布置的四个分支；四个分支中，每个分支依次包括连接在机架与过渡平台之间的移动副1P(包括滑块1H和机架上的导杆)、转动副1R、连杆1L、虎克铰1U。
所述过渡平台为一平行四边形机构，由相互平行的第一中间平台3和第二中间平台4、相互平行的第一中间连杆5和第二中间连杆6以及四个转动副(即轴线相互平行的第三转动副9、第四转动副10、第五转动副11和第六转动副12)组成；图中可见：第一中间连杆5通过第三转动副9与第一中间平台相连，通过第四转动副10与第二中间平台相连；第二中间连杆6通过第五转动副11与第一中间平台相连，通过第六转动副12与第二中间平台相连。
所述动平台的一端通过第一转动副7定位在第一中间连杆的中心，动平台的另一端通过第二转动副8定位在第二中间连杆的中心，第一转动副与第二转动副的轴线与所述的第三转动副、第四转动副、第五转动副和第六转动副轴线相互平行。
所述第一分支、第二分支、第三分支和第四分支中的移动副轴线为平行四边形布置且均平行于移动副的导杆的长度方向(四个导杆也为平行四边形布置，导杆伸展方向互相平行)，转动副轴线相互平行且垂直于移动副轴线，虎克铰的第一转动轴线(即虎克铰与连杆1L连接的转动轴轴线)平行于转动副轴线，虎克铰的第二转动轴线(即虎克铰与过渡平台连接的转动轴轴线)相互平行。其中，第一分支和第二分支分别通过虎克铰与第一中间平台3的两端相连，虎克铰的第二转动轴线共线；第三分支和第四分支分别通过虎克铰与第二中间平台4的两端相连，虎克铰的第二转动轴线共线。
本实施例中，驱动副为各分支上的移动副，由伺服电机带动滚珠丝杠机构(图中省略)实现驱动；当移动副运动时，机构作两移动两转动四自由度运动。

Claims (4)

1.一种两移动两转动四自由度全对称并联机构，其特征在于：该并联机构包括机架(1)、定位于过渡平台的动平台(2)以及连接在机架与过渡平台之间且对称布置的四个分支；
四个分支中，每个分支依次包括连接在机架与过渡平台之间的移动副(1P)、转动副(1R)、连杆(1L)以及虎克铰(1U)；
所述四个分支中，移动副轴线为平行四边形布置，转动副轴线相互平行且垂直于移动副轴线，虎克铰的第一转动轴线平行于转动副轴线，虎克铰的第二转动轴线相互平行；
所述过渡平台为一平行四边形机构，由相互平行的第一中间平台(3)和第二中间平台(4)、相互平行的第一中间连杆(5)和第二中间连杆(6)以及轴线相互平行的四个转动副(9,10,11,12)组成；
所述动平台的一端通过第一转动副(7)定位在第一中间连杆的中心，动平台的另一端通过第二转动副(8)定位在第二中间连杆的中心，第一转动副与第二转动副的轴线与所述的四个转动副轴线相互平行。
2.根据权利要求1所述的两移动两转动四自由度全对称并联机构，其特征在于：所述四个分支中的第一分支和第二分支分别通过虎克铰与第一中间平台的两端相连，其中的虎克铰的第二转动轴线共线；四个分支中的第三分支和第四分支分别通过虎克铰与第二中间平台的两端相连，其中的虎克铰的第二转动轴线共线。
3.根据权利要求1或2所述的两移动两转动四自由度全对称并联机构，其特征在于：所述四个分支中的移动副的导杆呈平行四边形状态布置在机架上，四根导杆的伸展方向相互平行。
4.根据权利要求3所述的两移动两转动四自由度全对称并联机构，其特征在于：所述并联机构的驱动机构为伺服电机，由伺服电机带动滚珠丝杠驱动移动副。
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