CN107398925A

CN107398925A - 一种平面连杆运动装置

Info

Publication number: CN107398925A
Application number: CN201710747544.8A
Authority: CN
Inventors: 陈子明; 魏雪丹; 成栋良; 周金; 孔祥西; 尹涛
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2017-11-28

Abstract

一种平面连杆运动装置，它的第一、第二、第三、第四、第六和第七连杆之间通过转动副依次连接，第五连杆的一端与第四和第六连杆连接，另一端与第八连杆的一端连接，第八连杆的另一端与第七和第一连杆连接，第九连杆一端与L形连杆三一端连接，第九连杆的另一端与第十连杆的一端连接，第十连杆的另一端与L形连杆二一端和第十一连杆的一端连接，第十一连杆的另一端与第十二连杆的一端连接，第十二连杆的另一端与L形连杆一的一端连接，第九、第十连杆和三个运动副构成平面子链一，第十一、第十二连杆和三个运动副构成平面子链二。本发明驱动方式简单，能够实现完全对称的运动，可得到运动范围更大的结构。

Description

一种平面连杆运动装置

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种连杆机构。

背景技术

两自由度平面连杆装置可以实现平面内任意轨迹，可应用于分拣、包装、封装等平面内高速作业任务，因此在轻工、电子、食品和医药等行业的自动化生产线上得到重要的应用。

已有的二自由度平面连杆装置中，其输出运动是机构上一点在平面上的移动，而在微创手术辅助机器人等方面的应用上，往往需要机构的末端连杆在平面内具有一转一移两自由度运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在运动过程中固定连杆和末端连杆始终保持对称，并且末端连杆具有一转一移两个自由度的平面连杆运动装置。

本发明包括十五个连杆以及连接它们的运动副，其中，第一连杆为固定连杆，其一端通过转动副一与第二连杆的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副二与L形连杆一和第三连杆的一端连接，第三连杆的另一端通过转动副三与第四连杆的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副四与第五和第六连杆的一端连接，第六连杆的另一端通过转动副五与L形连杆二和第七连杆的一端连接，第七连杆的另一端通过转动副六与第一连杆的另一端和第八连杆的一端连接，第八连杆的另一端通过转动副七与L形连杆三的一端和第五连杆的另一端连接。转动副一、二、三、四、五、六、七的轴线相互平行；第九连杆的一端通过转动副八与L形连杆一的另一端连接，第九连杆的另一端通过转动副九与第十连杆的一端连接，第十连杆的另一端和第十一连杆的一端通过转动副十与L形连杆三的另一端连接，第十一连杆的另一端通过转动副十一与第十二连杆的一端连接，第十二连杆的另一端通过转动副十二与L形连杆二的另一端连接；第九、第十连杆和转动副八、九、十构成三自由度平面子链一，第十一、第十二连杆和转动副十、十一、十二构成三自由度平面子链二；

所述三自由度平面子链由两个连杆和三个运动副连接而成，三个运动副中，一个运动副为转动副，另外两个运动副分别为转动副或移动副，且三自由度平面子链中转动副的轴线相互平行，移动副的移动中心线与转动副的轴线相互垂直。三自由度平面子链有以下7种组成形式：RRR、RPR、RRP、PRR、RPP、PRP、PPR，R代表转动副，P代表移动副；

转动副一的轴线与三自由度平面子链中的转动副轴线不平行，第一和第四连杆、第二和第三连杆、第五和第八连杆、第六和第七连杆的长度分别相等，并且上述转动副二、五、七的轴线在运动过程中始终在同一中间平面内。

可以任意将与第一连杆相连接的三个连杆中的两个连杆作为机构输入；第四连杆为末端连杆。

上述连接方式中，第五连杆通过转动副八与第四连杆连接，第八连杆通过转动副九与第一连杆连接，在保证第五和第八连杆与上述中间平面的夹角相等的情况下，上述两个转动副的位置可在第四连杆、第一连杆上任意选取。

可以将多个上述机构进行连接，连接后可将机构的运动放大。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、机构的固定连杆和末端连杆在运动过程中始终关于中间平面对称，可以实现完全对称的运动；

2、末端连杆可以绕机构中间平面上平行于转动副一的任意轴线做连续转动，也可以沿中间平面的法线方向移动，给机构的应用与控制带来了很大的方便；

3、将多个单元进行连接后，最后一个单元末端连杆的运动和第一个单元末端连杆的运动形式相同，可得到运动范围更大的结构，此种结构驱动方式简单且能够实现远程运动中心的控制，在医疗、喷漆、管道检查等方面具有很高的应用价值。

附图说明

图1是本发明的实施例1的示意简图；

图2是本发明的实施例2的示意简图；

图3是本发明的实施例3的示意简图；

图4是本发明的实施例4的示意简图；

图5是本发明的实施例5的示意简图；

图6是本发明的实施例6的示意简图。

图中：1-第一连杆、2-第二连杆、3-第三连杆、4-第四连杆、5-第五连杆、6-第六连杆、7-第七连杆、8-第八连杆、9-第九连杆、10-第十连杆、11-第十一连杆、12-第十二连杆、13-L形连杆一、14-L形连杆二、15-L形连杆三、16-第十三连杆、17-第十四连杆、18-第十五连杆、19-第十六连杆、20-滑块二、21-滑块一。

具体实施方式：

实施例1

在图1所示的两自由度平面运动并联机构示意图中，第一连杆1为固定连杆，其一端通过转动副一R1与第二连杆2的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副二R2与L形连杆一13和第三连杆3的一端连接，第三连杆的另一端通过转动副三R3与第四连杆4的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副四R4与第五连杆5和第六连杆6的一端连接，第六连杆的另一端通过转动副五R5与L形连杆二14和第七连杆7的一端连接，第七连杆的另一端通过转动副六R6与第一连杆的另一端和第八连杆8的一端连接，第八连杆的另一端通过转动副七R7与L形连杆三15的一端和第五连杆的另一端连接。转动副一、二、三、四、五、六、七的轴线相互平行。L形连杆一的另一端通过转动副八R8与第九连杆9的一端连接，第九连杆的另一端通过转动副九R9与第十连杆10的一端连接，第十连杆的另一端通过转动副十R10与L形连杆三另一端和第十一连杆11的一端连接，第十一连杆的另一端通过转动副十一R11与第十二连杆12的一端连接，第十二连杆的另一端通过转动副十二R12与L形连杆二的另一端连接。第九、第十连杆和转动副八、九、十构成三自由度平面子链一，第十一、第十二连杆和转动副十、十一、十二构成三自由度平面子链二，两个三自由度平面子链中的转动副轴线相互平行；转动副一的轴线与转动副八的轴线不平行。第一和第四连杆、第二和第三连杆、第五和第八连杆、第六和第七连杆的长度分别相等，并且上述转动副二、五、七的轴线在运动过程中始终在同一中间平面内。

实施例2

如图2所示，第一连杆1为固定连杆，其一端通过转动副一R1与第二连杆2的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副二R2与L形连杆一13和第三连杆3的一端连接，第三连杆的另一端通过转动副三R3与第四连杆4的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副四R4与第六连杆6的一端连接，第五连杆5的一端通过转动副八R8与第四连杆的一部位连接，第六连杆的另一端通过转动副五R5与L形连杆二14和第七连杆7的一端连接，第七连杆的另一端通过转动副六R6与第一连杆的另一端连接，第八连杆8的一端通过转动副九R9与第一连杆的一部位连接，第八连杆的另一端通过转动副七R7与L形连杆三15的一端和第五连杆5的另一端连接。转动副一、二、三、四、五、六、七、八、九的轴线相互平行。L形连杆一的另一端通过转动副十R10与第九连杆9的一端连接，第九连杆的另一端通过转动副十一R11与第十连杆10的一端连接，第十连杆的另一端通过转动副十二R12与L形连杆三另一端和第十一连杆11的一端连接，第十一连杆的另一端通过转动副十三R13与第十二连杆12的一端连接，第十二连杆的另一端通过转动副十四R14与L形连杆二的另一端连接。第九、第十连杆和转动副十、十一、十二构成三自由度平面子链一，第十一、第十二连杆和转动副十二、十三、十四构成三自由度平面子链二，两个三自由度平面子链中的转动副轴线相互平行；转动副一的轴线与转动副十的轴线不平行。第一和第四连杆、第二和第三连杆、第五和第八连杆、第六和第七连杆的长度分别相等，并且上述转动副二、五、七的轴线在运动过程中始终在同一中间平面内。

实施例3

如图3所示，第一连杆1为固定连杆，其一端通过转动副一R1与第二连杆2的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副二R2与L形连杆一13和第三连杆3的一端连接，第三连杆的另一端通过转动副三R3与第四连杆4的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副四R4与第五连杆5和第六连杆6的一端连接，第六连杆的另一端通过转动副五R5与L形连杆二14和第七连杆7的一端连接，第七连杆的另一端通过转动副六R6与第一连杆的另一端和第八连杆8的一端连接，第八连杆的另一端通过转动副七R7与L形连杆三15的一端和第五连杆的另一端连接。转动副一、二、三、四、五、六、七的轴线相互平行。L形连杆一的另一端通过转动副八R8与第九连杆9和第十一连杆11的一端连接，第九连杆的另一端通过转动副九R9与第十连杆10的一端连接，第十连杆的另一端通过转动副十R10与L形连杆三另一端连接，第十一连杆的另一端通过转动副十一R11与第十二连杆12的一端连接，第十二连杆的另一端通过移动副一P1与L形连杆二的另一端连接。第九、第十连杆和转动副八、九、十构成三自由度平面子链一，第十一、第十二连杆和转动副八、十一、移动副一构成三自由度平面子链二。三自由度平面子链一中的转动副轴线相互平行；三自由度平面子链二中的转动副轴线相互平行，转动副轴线和移动副轴线相互垂直。转动副一的轴线与转动副八的轴线不平行。第一和第四连杆、第二和第三连杆、第五和第八连杆、第六和第七连杆的长度分别相等，并且上述转动副二、五、七的轴线在运动过程中始终在同一中间平面内。

实施例4

如图4所示，第一连杆1为固定连杆，其一端通过转动副一R1与第二连杆2的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副二R2与L形连杆一13和第三连杆3的一端连接，第三连杆的另一端通过转动副三R3与第四连杆4的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副四R4与第五连杆5和第六连杆6的一端连接，第六连杆的另一端通过转动副五R5与L形连杆二14和第七连杆7的一端连接，第七连杆的另一端通过转动副六R6与第一连杆的另一端和第八连杆8的一端连接，第八连杆的另一端通过转动副七R7与L形连杆三15的一端和第五连杆的另一端连接。转动副一、二、三、四、五、六、七的轴线相互平行。L形连杆一的另一端通过转动副八R8与第九连杆9的一端连接，第九连杆的另一端通过移动副一P1与第十连杆10的一端连接，第十连杆的另一端通过转动副九R9与L形连杆二另一端和第十二连杆12的一端连接，第十二连杆的另一端通过转动副十R10与第十一连杆11的一端连接，第十一连杆的另一端通过转动副十一R11与L形连杆三的另一端连接。第九、第十连杆和转动副八、九、移动副一构成三自由度平面子链一，第十一、第十二连杆和转动副九、十、十一构成三自由度平面子链二。三自由度平面子链一中的转动副轴线相互平行，转动副轴线和移动副轴线相互垂直。三自由度平面子链二中的转动副轴线相互平行。转动副一的轴线与转动副八的轴线不平行。第一和第四连杆、第二和第三连杆、第五和第八连杆、第六和第七连杆的长度分别相等，并且上述转动副二、五、七的轴线在运动过程中始终在同一中间平面内。

实施例5

如图5所示，第一连杆1为固定连杆，其一端通过转动副一R1与第二连杆2的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副二R2与L形连杆一13和第三连杆3的一端连接，第三连杆的另一端通过转动副三R3与第四连杆4的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副四R4与第五连杆5和第六连杆6的一端连接，第六连杆的另一端通过转动副五R5与L形连杆二14和第七连杆7的一端连接，第七连杆的另一端通过转动副六R6与第一连杆的另一端和第八连杆8的一端连接，第八连杆的另一端通过转动副七R7与L形连杆三15的一端和第五连杆的另一端连接。转动副一、二、三、四、五、六、七的轴线相互平行。L形连杆一的另一端通过转动副八R8与第九连杆9的一端连接，第九连杆的另一端通过移动副一P1与第十连杆10的一端连接，第十连杆的另一端通过转动副九R9与L形连杆三另一端和第十一连杆11的一端连接，第十一连杆的另一端通过移动副二P2与第十二连杆12的一端连接，第十二连杆的另一端通过转动副十R10与L形连杆二的另一端连接。第九、第十连杆和转动副八、九、移动副一构成三自由度平面子链一，第十一、第十二连杆和转动副九、十、移动副二构成三自由度平面子链二，两个三自由度平面子链中的转动副轴线相互平行，移动副轴线与转动副轴线相互垂直。转动副一的轴线与转动副八的轴线不平行。第一和第四连杆、第二和第三连杆、第五和第八连杆、第六和第七连杆的长度分别相等，并且上述转动副二、五、七的轴线在运动过程中始终在同一中间平面内。

实施例6

如图6所示，第一连杆1为固定连杆，上述平面机构可以看作一个单元，将第一单元Ⅰ和第二单元Ⅱ进行连接，其中第十三连杆16的一端通过转动五R5与第一单元的第六连杆6、第七连杆7和L形连杆二14的一端连接，第十三连杆的另一端和第十四连杆17的一端通过转动副十五R15与滑块二20连接，该滑块二20通过移动副三P3与第四连杆4的一端连接，第十四连杆的另一端通过另一个转动副五R5与第二单元的第六连杆6、第七连杆7和L形连杆二14的一端连接，该第七连杆的另一端通过转动副十六R16与第一单元的第六连杆的另一端和第四连杆的一部位连接；第一单元的第五连杆5的一端通过转动副十七R17与第二单元的第八连杆8的一端和第四连杆的一部位连接；第一单元的第三连杆3的一端通过转动副十七与第二单元的第二连杆2的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副八R8与第十五连杆18、第二单元的第三连杆3和L形连杆一13的一端连接，第十五连杆的另一端和第十六连杆19的一端通过转动副十八R18与滑块一21连接，该滑块一23通过移动副四P4与第四连杆的另一端连接，第十六连杆的另一端通过转动副八R8与第一单元的第三连杆3的另一端、第二连杆2以及L形连杆一13的一端连接，第十三连杆和第十四连杆、第十五连杆和第十六连杆的长度分别相等，第二单元和第三单元的连接方式与第一单元和第二单元的连接方式相同，接下来每一个单元的连接方式都与第一单元和第二单元的连接方式相同。

Claims

1.一种平面连杆运动装置，它包括十五个连杆以及连接它们的运动副，其特征在于：第一连杆为固定连杆，其一端通过转动副一与第二连杆的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副二分别与L形连杆一和第三连杆的一端连接，第三连杆的另一端通过转动副三与第四连杆的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副四与第五和第六连杆的一端连接，第六连杆的另一端通过转动副五与L形连杆二和第七连杆的一端连接，第七连杆的另一端通过转动副六与第一连杆的另一端和第八连杆的一端连接，第八连杆的另一端通过转动副七与L形连杆三的一端和第五连杆的另一端连接，转动副一、二、三、四、五、六、七的轴线相互平行；L形连杆一、二、三的另一端通过两个三自由度平面子链两两连接。三自由度平面子链的三个运动副，其中一个运动副为转动副，另外两个运动副分别为转动副或移动副，且转动副的轴线相互平行，移动副的移动中心线与转动副的轴线相互垂直。转动副一的轴线与三自由度平面子链中的转动副轴线不平行。第一和第四连杆、第二和第三连杆、第五和第八连杆、第六和第七连杆的长度分别相等，并且上述转动副二、五、七的轴线在运动过程中始终在同一中间平面内。

2.根据权利要求1所述的平面连杆运动装置，其特征在于：所述第五连杆通过转动副八与第四连杆连接，第八连杆通过转动副九与第一连杆连接，在保证第五和第八连杆与上述中间平面的夹角相等的情况下，上述两个转动副的位置在第四连杆、第一连杆上任意选取。

3.根据权利要求1所述的平面连杆运动装置，其特征在于：将多个上述机构进行连接，连接后机构的运动将放大。