CN106671062A - 一种三平移一转动的四自由度并联机构 - Google Patents

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朱伟
王传伟
顾开荣
戴志明
刘晓飞
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B25J9/0072—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics of the hybrid type, i.e. having different kinematics chains
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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Abstract

本发明公开了一种三平移一转动的四自由度并联机构，包括固定平台、动平台以及布置在所述固定平台和动平台之间呈均匀分布的四条支链，其中相对的两条支链结构完全相同。所述支链中包含一组RSS支链，其余均为具有四自由度的支链，包括主动臂、两个平行且等长的从动臂、连杆以及连接件，所述主动臂的一端通过转动副与固定平台相连，另一端与一个以四个球副为顶点的封闭平行四边形的连杆固连，平行四边形的另一相对边的连杆与动平台固连。本发明的有益效果是：与传统的三平移一转动的并联机构相比，结构简单，运动构件惯性力低等优点，有利于实现高速高加速的动态响应特性。

Description

一种三平移一转动的四自由度并联机构
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平移一转动的四自由度并联机构。
背景技术
串联机构具有末端执行器工作空间大，姿态灵活等优点，但由于其悬臂特征使刚度较小，承载能力较弱，且驱动装置通常布置在串联机构的关节处，大大增加了机构重量和运动惯性力，严重影响了机构的运动性能。而在实际生产过程中，对机械手的精度、速度和加速度等性能要求较高。并联机构的产生将机械手的发展提升到一个新的高度，并联机构具有刚度大、承载能力强、误差累积小、动态性能好、结构紧凑等优点，近年来被广泛应用于众多技术领域。
随着并联机械手的发展，四自由度机械手得到了广泛的应用，其中三个移动一个转动四自由度机械手在装配、铆接、拧转螺丝、搬运物体等领域发展尤为迅速。然而，现有的具有三维平动一维转动的四自由度并联机构大多采用相同的支链，结构复杂，工作空间小，制造成本高，实用性差等缺点，因此，本专利提出了一种结构简单，工作空间相对较大的四自由度并联机构。
发明内容
本发明解决的技术问题在于:针对现有的四自由度并联机构具有相同支链结构导致工作空间小的问题，本发明提出了一种具有高刚度，动态性能好的三维平动一维转动的四自由度并联机构。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种三平移一转动的四自由度并联机构，包括固定平台、动平台以及布置在固定平台与动平台之间的第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV，其中第一支链I和第三支链III结构相同，第二支链II和第四支链IV结构相同，第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV均匀分布在固定平台与动平台之间。
上述方案中，所述第一支链包括主动臂一、从动臂一，主动臂一和从动臂一之间通过球副一连接，主动臂一的上端部分通过转动副一与固定平台连接，从动臂一的下端部分通过球副二与动平台连接。
上述方案中，所述第二支链包括主动臂二、连杆一、连杆二、第二从动臂、第三从动臂。所述主动臂二的一端与固定平台通过转动副二连接，另一端与连杆一固连；连杆一的一端通过第三球副与第二从动臂连接，另一端通过第四球副与第三从动臂连接，第二从动臂与连杆二之间通过第五球副连接，第三从动臂与连杆二之间通过第六球副连接，连杆二与动平台固连；所述第二从动臂与第三从动臂平行且等长。
上述方案中，所述第二从动臂和第三从动臂之间设有两个连接件，两个所述连接件一端与第二从动臂通过第三转动副连接，另一端与第三从动臂通过第四转动副连接，所形成的四个转动副的轴线相互平行且都垂直于有第二从动臂、第三从动臂、连杆一以及连杆二所组成的平行四边形所在的平面。
上述方案中，所述第三球副的球接头和第四球副的球接头均与连杆一固接，第五球副的球接头和第六球副的球接头均与连杆二固接；所述第二从动臂的一端与第三球副的球铰接，另一端与第五球副的球铰接，第三从动臂的一端与第四球副的球铰接，另一端与第六球副的球铰接。
本发明的有益效果：与传统的三平移一转动的并联机构相比，结构简单，运动构件惯性力低等优点，有利于实现高速高加速的动态响应特性。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明第一支链、第三支链的结构示意图。
图3是本发明第二支链、四支链的结构示意图。
其中：1.固定平台，2.转动副一，3.主动臂一，4.球副一，5.从动臂一，6.球副二，7.动平台，8.转动副二9.主动臂三，10.连杆一，11a.球副三，11b.球副四，11c.球副五，11d.球副六，12a.第三转动副，12b.第四转动副，13.连接件，14. 第二从动臂膀，15.第三从动臂，16.连杆二。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示的一种三维平动一维转动的四自由度并联机构，包括固定平台1、动平台7以及布置在固定平台与动平台之间的第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV，其中第一支链I和第三支链III结构相同，第二支链II和第四支链IV结构相同，四条支链依次间隔均匀分布在两平台之间。
如图2所示，所述第一支链I包括主动臂一3、从动臂一5，主动臂一3和从动臂一5之间通过球副一4连接，主动臂一3的上端部分通过转动副一2与固定平台1连接，从动臂一5的下端部分通过球副二6与动平台7连接。第三支链III的结构与第一支链I的结构相同，通过第一支链I和第三支链III的特殊结构，可以实现本发明装置的三平移三转动。
如图3所示，所述第二支链包括主动臂二9、连杆一10、连杆二16、第二从动臂14、第三从动臂15；所述主动臂二9的一端与固定平台1通过转动副二8连接，另一端与连杆一10固连；连杆一10的一端通过第三球副11a与第二从动臂14连接，另一端通过第四球副11b与第三从动臂15连接，第二从动臂14与连杆二16之间通过第五球副11c连接，第三从动臂15与连杆二16之间通过第六球副11d连接，连杆二16与动平台7固连；所述第二从动臂14与第三从动臂15平行且等长。所述第二从动臂14和第三从动臂15之间设有两个连接件13，两个所述连接件13一端与第二从动臂14通过第三转动副12a连接，另一端与第三从动臂15)通过第四转动副12b连接，所形成的四个转动副的轴线相互平行且都垂直于有第二从动臂14、第三从动臂15、连杆一10以及连杆二16所组成的平行四边形所在的平面。所述第三球副11a的球接头和第四球副11b的球接头均与连杆一10固接，第五球副11c的球接头和第六球副11d的球接头均与连杆二16固接；所述第二从动臂14的一端与第三球副11a的球铰接，另一端与第五球副11c的球铰接，第三从动臂15的一端与第四球副11b的球铰接，另一端与第六球副11d的球铰接。第四支链IV的结构和第二支链II的结构完全相同，通过第二支链II和第四支链IV的特殊结构，能够实现三平移一转动四个自由度的运动。
根据并联机构自身特性，动平台自由度是所有支链自由度的交集，故该并联机构动平台具有三平移一转动四个自由度的运动特性，其转动轴线为动平台上两个球副的连接线。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种三平移一转动的四自由度并联机构，其特征在于，包括固定平台（1）、动平台（7）以及布置在固定平台（1）与动平台（7）之间的第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV，其中第一支链I和第三支链III结构相同，第二支链II和第四支链IV结构相同，第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV均匀分布在固定平台（1）与动平台（7）之间之间。
2.根据权利要求1所述的一种三平移一转动的四自由度并联机构，其特征在于，所述第一支链包括主动臂一（3）、从动臂一（5），主动臂一（3）和从动臂一（5）之间通过球副一（4）连接，主动臂一（3）的上端部分通过转动副一(2)与固定平台(1)连接，从动臂一（5）的下端部分通过球副二（6）与动平台（7）连接。
3.根据权利要求1所述的一种三平移一转动的四自由度并联机构，其特征在于，所述第二支链包括主动臂二（9）、连杆一（10）、连杆二（16）、第二从动臂（14）、第三从动臂（15）；所述主动臂二（9）的一端与固定平台(1)通过转动副二（8）连接，另一端与连杆一（10）固连；连杆一（10）的一端通过第三球副（11a）与第二从动臂（14）连接，另一端通过第四球副（11b）与第三从动臂（15）连接，第二从动臂（14）与连杆二（16）之间通过第五球副（11c）连接，第三从动臂(15)与连杆二（16）之间通过第六球副(11d)连接，连杆二（16）与动平台（7）固连；所述第二从动臂(14)与第三从动臂(15)平行且等长。
4.根据权利要求3所述的一种三平移一转动的四自由度并联机构，其特征在于，所述第二从动臂（14）和第三从动臂(15)之间设有两个连接件(13)，两个所述连接件(13)一端与第二从动臂(14)通过第三转动副(12a)连接，另一端与第三从动臂 (15) 通过第四转动副(12b)连接，所形成的四个转动副的轴线相互平行且都垂直于有第二从动臂(14)、第三从动臂(15)、连杆一（10）以及连杆二（16）所组成的平行四边形所在的平面。
5.根据权利要求3所述的一种三平移一转动的四自由度并联机构，其特征在于，所述第三球副（11a）的球接头和第四球副（11b）的球接头均与连杆一（10）固接，第五球副（11c）的球接头和第六球副（11d）的球接头均与连杆二（16）固接；所述第二从动臂(14)的一端与第三球副（11a）的球铰接，另一端与第五球副（11c）的球铰接，第三从动臂(15)的一端与第四球副（11b）的球铰接，另一端与第六球副（11d）的球铰接。
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