CN107866789B - 一种五自由度串并混联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种五自由度串并混联机构，该机构包括下平台、中平台、上平台以及位于所述下平台与所述中平台之间的第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链，所述第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链上分别设置有伸缩驱动装置；所述第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链的下端部分别与所述下平台铰接，上端部分别与所述中平台铰接；所述上平台和所述中平台之间设置有移动副，所述上平台和所述中平台通过所述移动副连接。本发明的五自由度串并混联机构，能够实现空间三个方向的移动以及两方向的转动，具有结构简单、刚度高、承载量大、响应速度快、易于控制等特点。

Description

一种五自由度串并混联机构
技术领域
本发明涉及一种多自由度平台设备，特别涉及一种五自由度串并混联机构。
背景技术
串联机构是指前一级构件的输出部件与后一级构件的输入部件联接的机构。一般来说，串联机构运动空间较大，但是刚度、承载较低。并联机构是由至少两个独立并行运动链的一端同时与一个具有两个或两个以上自由度的操作机构相连。并联机构具有刚度重量比大、承载能力强、误差累积小、动态性能好、结构紧凑等特点，但是运动空间局限。因此需要结合串联和并联机构二者的优势，将串并混联机构广泛运用于众多技术领域。
在各种灾难或事故现场，需要救护人员把伤病员用救护车尽快送到救护医疗点，医生需要在救护车中进行伤员护理，如果担架位置过低就不方便医生进行操作，而且，有些重病病人不能活动，也不方便进行移动，这就需要车载救护平台本身能够移动或者转动，以方便医生对病人进行检查和救治。因此，需要开发一种能够进行多自由度运动的机构，可在救护领域实现病人在救护平台上进行多个方位的姿势和位移调整。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种五自由度串并混联机构，能够实现空间的五维运动。
为实现上述目的，本发明的五自由度串并混联机构，包括下平台、中平台、上平台以及位于所述下平台与所述中平台之间的第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链，所述第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链上分别设置有伸缩驱动装置；所述第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链的下端部分别与所述下平台铰接，上端部分别与所述中平台铰接；所述上平台和所述中平台之间设置有移动副，所述上平台和所述中平台通过所述移动副连接。
优选地，所述第一分支链的下端部与所述下平台通过第一转动副连接，上端部与所述中平台通过第一虎克铰连接；所述第二分支链的下端部与所述下平台通过第二转动副连接，上端部与所述中平台通过第二虎克铰连接；所述第三分支链的下端部与所述下平台通过第三虎克铰连接，上端部与所述中平台通过第一球铰连接；所述第四分支链的下端部与所述下平台通过第四虎克铰连接，上端部与所述中平台通过第二球铰连接。
优选地，所述第一转动副、第二转动副、第三虎克铰和第四虎克铰在所述下平台上呈梯形分布，所述第一转动副和第二转动副之间的距离小于所述第三虎克铰和第四虎克铰之间的距离；所述第一虎克铰、第二虎克铰、第一球铰和第二球铰在所述中平台上呈梯形分布，所述第一虎克铰和第二虎克铰之间的距离大于所述第一球铰和第二球铰之间的距离。
优选地，所述第一分支链和第二分支链处于同一平面，所述第三分支链和第四分支链处于同一平面。
本发明的五自由度串并混联机构，能够实现空间三个方向的移动以及两方向的转动，具有结构简单、刚度高、承载量大、响应速度快、易于控制等特点。本发明可应用于医疗救护平台、运动模拟机械等。
附图说明
图1为本发明的五自由度串并混联机构的原理图；
图2为本发明的五自由度串并混联机构的结构示意图；
图3为图2中五自由度串并混联机构的另一个视角的示意图；
图4为图2中五自由度串并混联机构的的主视图。
具体实施方式
下面参照附图详细地说明本发明的具体实施方式。
如图1～4所示，本发明的五自由度串并混联机构，包括下平台1、中平台2、上平台3以及位于所述下平台1与所述中平台2之间的第一分支链100、第二分支链200、第三分支链300和第四分支链400。
所述第一分支链100、第二分支链200、第三分支链300和第四分支链400上各设置有一个伸缩驱动装置103、203、303、403，分别用于驱动所述第一分支链100、第二分支链200、第三分支链300和第四分支链400，使所述第一分支链100、第二分支链200、第三分支链300和第四分支链400进行伸缩，也就是长度发生改变，从而使中平台2产生运动。
所述第一分支链100、第二分支链200、第三分支链300和第四分支链400的下端部分别与所述下平台1铰接，上端部分别与所述中平台2铰接。具体地，所述第一分支链100的下端部与所述下平台1通过第一转动副101连接，上端部与所述中平台2通过第一虎克铰102连接；所述第二分支链200的下端部与所述下平台1通过第二转动副201连接，上端部与所述中平台2通过第二虎克铰202连接；所述第三分支链300的下端部与所述下平台1通过第三虎克铰301连接，上端部与所述中平台2通过第一球铰302连接；所述第四分支链400的下端部与所述下平台1通过第四虎克铰401连接，上端部与所述中平台2通过第二球铰402连接。
所述第一转动副101、第二转动副201、第三虎克铰301和第四虎克铰401在所述下平台1上呈梯形分布，其中所述第一转动副101和第二转动副201之间的距离小于所述第三虎克铰301和第四虎克铰401之间的距离，所述第一转动副101和第二转动副201的连线与所述第三虎克铰301和第四虎克铰401的连线平行，也就是所述第一转动副101和第二转动副201的连线为梯形的短边，所述第三虎克铰301和第四虎克铰401的连线为梯形的长边。所述第一虎克铰102、第二虎克铰202、第一球铰302和第二球铰402在所述中平台2上呈梯形分布，其中所述第一虎克铰102和第二虎克铰202之间的距离大于所述第一球铰302和第二球铰402之间的距离，所述第一虎克铰102和第二虎克铰202的连线与所述第一球铰302和第二球铰402的连线平行，也就是所述第一虎克铰102和第二虎克铰202的连线为梯形的长边，所述第一球铰302和第二球铰402的连线为梯形的短边。所述第一分支链100和第二分支链200处于同一平面，所述第三分支链300和第四分支链400处于同一平面。
为方便描述，将水平面上，下平台1的长度方向设为x轴方向，下平台1的宽度方向设为y轴方向；与水平面垂直的方向也就是竖直方向设为z轴方向。
所述上平台3和所述中平台2之间设置有移动副500，所述所述上平台3和所述中平台2通过所述移动副500连接，使所述上平台3可相对所述中平台2沿y轴方向移动，当然，根据需要也可以设置为沿x轴方向或其他水平方向的移动。
所述第一转动副101和第二转动副201的转动轴线与y轴方向平行。
当所述伸缩驱动装置103、203、303、403分别驱动所述第一分支链100、第二分支链200、第三分支链300和第四分支链400同步伸缩时，所述上平台3可沿z轴方向上下移动；当分别控制所述第一分支链100、第二分支链200、第三分支链300和第四分支链400进行伸缩动作时，可以实现上平台3沿x轴方向移动，绕x轴转动以及绕y轴转动。
因此，本发明的五自由度的串并混联机构，上平台3可相对下平台1实现沿x轴、y轴和z轴方向移动，还可以绕x轴转动以及绕y轴转动。
本发明的机构具有刚度高、承载量大，控制响应速度快等特点，适合用于救护领域，还可以用于运动模拟、减震机械等领域。
如上所述，参照附图对本发明的示例性具体实施方式进行了详细的说明。应当了解，本发明并非意在使这些具体细节来构成对本发明保护范围的限制。在不背离根据本发明的精神和范围的情况下，可对示例性具体实施方式的结构和特征进行等同或类似的改变，这些改变将也落在本发明所附的权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种五自由度串并混联机构，其特征在于，包括下平台、中平台、上平台以及位于所述下平台与所述中平台之间的第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链，
所述第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链上分别设置有伸缩驱动装置；
所述第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链的下端部分别与所述下平台铰接，上端部分别与所述中平台铰接；
所述上平台和所述中平台之间设置有移动副，所述上平台和所述中平台通过所述移动副连接。
2.如权利要求1所述的五自由度串并混联机构，其特征在于，所述第一分支链的下端部与所述下平台通过第一转动副连接，上端部与所述中平台通过第一虎克铰连接；
所述第二分支链的下端部与所述下平台通过第二转动副连接，上端部与所述中平台通过第二虎克铰连接；
所述第三分支链的下端部与所述下平台通过第三虎克铰连接，上端部与所述中平台通过第一球铰连接；
所述第四分支链的下端部与所述下平台通过第四虎克铰连接，上端部与所述中平台通过第二球铰连接。
3.如权利要求2所述的五自由度串并混联机构，其特征在于，所述第一转动副、第二转动副、第三虎克铰和第四虎克铰在所述下平台上呈梯形分布，所述第一转动副和第二转动副之间的距离小于所述第三虎克铰和第四虎克铰之间的距离；
所述第一虎克铰、第二虎克铰、第一球铰和第二球铰在所述中平台上呈梯形分布，所述第一虎克铰和第二虎克铰之间的距离大于所述第一球铰和第二球铰之间的距离。
4.如权利要求1所述的五自由度串并混联机构，其特征在于，所述第一分支链和第二分支链处于同一平面，所述第三分支链和第四分支链处于同一平面。
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