CN108544471A - 一种大工作空间的二维平动并联机构 - Google Patents

一种大工作空间的二维平动并联机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大工作空间的二维平动并联机构，包括固定底座、平行双联同步伸缩杆、电动缸、工作台；所述平行双联同步伸缩杆固定端通过第一转动副和第二转动副与固定底座相连，伸缩端通过第三转动副和第四转动副与工作台相连；所述电动缸固定端和伸缩端均通过转动副分别与固定底座和工作台相连；所述第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、电动缸两端的转动副的轴线均相互平行；第一转动副和第二转动副轴线之间的距离与第三转动副和第四转动副轴线之间的距离相等；所述第一转动副和第二转动副连线平行于第三转动副和第四转动副轴线之间的连线，使得工作台只能在一个平面内来回摆动。本发明的机构工作空间大，且承载大。

Description

一种大工作空间的二维平动并联机构
技术领域
本发明属并联机构领域，特别是一种大工作空间的二维平动并联机构。
背景技术
二维平动并联机构是少自由度并联机构中的一种，具有结构简单、易于控制、承载能力强、工作空间大、响应速度快、灵活性好等优点，可应用于高空作业平台、搬运机器人、机床等众多领域。
现有的二维平动并联机构主要可分为两类：一类是摆臂驱动有平行约束的连杆，这种机构采用平行四边形支链的结构实现动平台的移动，这种机构承载能力小，尤其在垂直于平动方向的刚度不足，一般用于搬运小物体且作业范围有限。专利CN1903521A公开的一种二维平动两自由度平面并联机器人机构，机构运动副构成为2RRR+2×2RPR，一组主动支链和一组平行被动支链通过铰链连接静平台和动平台，其主动臂的摆动无法保证从动支链始终保持平行四边形，所以无法保证平动。专利CN103273481A公开了一种具有两自由度平动的并联机构，该机构运动副构成为2RRR+2RR+P，该机构使用一个竖直方向的伸缩杆替换专利CN1903521A的被动支链的伸缩部分，其主动支链的摆动范围受限于被动支链的摆动范围，工作范围有限。河北博柯莱自主研发的boxline并联机器人，通过具有平行约束的摆臂驱动有平行约束的连杆实现动平台的平动，其适应于工作载荷较小的场合且无法抵抗垂直于平动方向的载荷。
另一类是滑块移动来驱动有平行约束的双连杆，这种机构作业空间狭长且受限于导轨的长度。专利CN2741730Y公开了一种二自由度移动平面并联机构，该机构运动副构成为2PRR+PRR，一组平行的连杆通过铰链连接主动滑块、从动滑块和动平台，另一个主动滑块通过连杆与动平台连接，两主动滑块布置在同一水平方向，通过驱动两个主动滑块实现动平台移动。该机构工作空间狭长且受限于导轨的长度，承载能力差，垂直于平动方向刚度不足。专利CN1628939A公开的机构与专利CN2741730Y不同之处在于两主动滑块布置在垂直方向上，仍存在上述的不足之处。专利CN101224578A公开了一种二自由度平移运动并联机构，该机构运动副构成为2-P(2TT+TT)，该机构通过两组固定杆连接滑块和动平台，连接方式均为虎克铰链接连，每组杆共有三根，其中两根相互平行。通过驱动滑块来实现动平台移动，该结构承载能力大，但工作空间狭长且受限于固定杆和导轨的长度。专利CN1817574A公开了一种具有被动约束分支的二自由度并联机构，该机构运动副构成为2-P2RR，两组定长的主动分支通过铰链连接动平台和滑块，通过驱动滑块实现平面内移动。两根可伸缩的被动约束分支无法抵抗垂直于平动平面的载荷。清华大学与齐齐哈尔第二机床厂合作开发的机床中，动平台通过V字型连接杆与龙门架上的滑块连接，通过滑块和龙门架的移动来实现动平台移动，其工作空间受限于滑块和龙门架导轨的长度且垂直于平动方向的刚度较差。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种大工作空间的二维平动并联机构，通过电机驱动伸缩杆实现动平台在二维平面内移动，工作空间大、承载能力强，能抵抗垂直于平动方向的承载。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种大工作空间的二维平动并联机构，包括固定底座、平行双联同步伸缩杆、电动缸、工作台；
所述平行双联同步伸缩杆固定端通过第一转动副和第二转动副与固定底座相连，伸缩端通过第三转动副和第四转动副与工作台相连；所述电动缸固定端和伸缩端均通过转动副分别与固定底座和工作台相连；所述第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、电动缸两端的转动副的轴线均相互平行；第一转动副和第二转动副轴线之间的距离与第三转动副和第四转动副轴线之间的距离相等；所述第一转动副和第二转动副连线平行于第三转动副和第四转动副轴线之间的连线，使得工作台只能在一个平面内来回摆动。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明通过一组平行双联同步伸缩杆、并列双联同步伸缩杆的伸缩运动实现动平台的平动，其工作空间大。
(2)本发明的二维平动并联机构，平行双联同步伸缩杆组成的平面与并列双联同步伸缩杆组成的平面在空间内相互垂直从而提高机构的刚度，使得该机构能抵抗垂直于平动方向的载荷。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明一种大工作空间的二维平动并联机构结构示意图。
图2为本发明机构简图。
图3为本发明并列双联同步伸缩杆传动部分结构示意图简图。
图4为平行双联同步伸缩杆与并列双联同步伸缩杆轴交叉状态结构主视示意图。
图5为平行双联同步伸缩杆与并列双联同步伸缩杆轴交叉状态结构左视示意图。
具体实施方式
为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1、图2，本发明的一种大工作空间的二维平动并联机构，包括固定底座1、平行双联同步伸缩杆2、电动缸3、工作台4；
所述平行双联同步伸缩杆2固定端通过第一转动副1-1和第二转动副1-2与固定底座1相连，伸缩端通过第三转动副1-3和第四转动副1-4与工作台4相连；所述电动缸固定端和伸缩端均通过转动副分别与固定底座1和工作台4相连；所述第一转动副1-1、第二转动副1-2、第三转动副1-3、第四转动副1-4、电动缸3两端的转动副的轴线均相互平行；第一转动副1-1和第二转动副1-2轴线之间的距离与第三转动副1-3和第四转动副1-4轴线之间的距离相等。第一转动副1-1和第二转动副1-2连线平行于第三转动副1-3和第四转动副1-4轴线之间的连线，使得工作台4只能在一个平面内来回摆动。
在一些实施方式中，所述电动缸3为单杠的电动缸。
在另外一些实施方式中，所述电动缸3为设有两个电杠的并列双联同步伸缩杆，并列双联同步伸缩杆的固定端通过第五转动副1-5和第六转动副1-6与固定底座1相连，伸缩端通过第七转动副1-7和第八转动副1-8与工作台4相连；所述第五转动副1-5、第六转动副1-6、第七转动副1-7和第八转动副1-8与第一转动副1-1的轴线均相互平行；且第五转动副1-5和第六转动副1-6共轴线，第七转动副1-7和第八转动副1-8共轴线；第五转动副1-5和第六转动副1-6与固定底座1连接点之间的距离与第七转动副1-7和第八转动副1-8与工作台4连接点之间的距离相等。并列双联同步伸缩杆组成的平面与平行双联同步伸缩杆2组成的平面在空间内相互垂直，因此可以抵抗垂直于平动方向的载荷。
在一些实施方式中，所述平行双联同步伸缩杆2为至少两级的伸缩杆结构。
采用二级伸缩杆时，包括两根相同的二级伸缩杆2-1和扭杆2-2，扭杆和伸缩杆构成可转动的平行四边形，在工作状态下两根伸缩杆也始终保持平行，伸缩杆的伸缩采用丝杠传动，每组伸缩杆可以采用两个电机分别同步驱动每根伸缩杆，或者采用一个电机利用传动装置同步驱动两根伸缩杆，驱动原理为申请号为CN201611208625公开的平行双联电动缸的工作原理。
在一些实施方式中，所述并列双联同步伸缩杆3为至少两级的伸缩杆结构。
结合图3，采用二级伸缩杆时，包括两根相同的二级伸缩杆3-1伸缩杆的伸缩采用丝杠传动，采用主动轮3-3带动第一同步带轮3-4和第二同步轮3-5驱动丝杠转动实现同步伸缩。伸缩原理可参考上述平行双联电动缸。
进一步的，所述并列双联同步伸缩杆3上还设有连接杆3-2，连接杆3-2固定于两根伸缩杆外套筒上，保证两并列伸缩杆在工作过程中与固定底座1铰链轴线、工作台4铰链轴线始终保持矩形。
在一些实施方式中，结合图1，所述平行双联同步伸缩杆2轴向与并列双联同步伸缩杆轴向成八字形结构。
在另外一些实施方式中，结合图4、图5，所述平行双联同步伸缩杆2轴向与并列双联同步伸缩杆轴向成X形的交叉结构，这种结构动平台的工作空间更大且不工作时动平台可以收缩到更低的位置，减小占用的空间。
本发明的一种大工作空间的二维平动并联机构，通过一组平行双联同步伸缩杆、并列双联同步伸缩杆的伸缩运动实现动平台的平动，其工作空间大。平行双联同步伸缩杆组成的平面与并列双联同步伸缩杆组成的平面在空间内相互垂直从而提高机构的刚度，使得该机构能抵抗垂直于平动方向的载荷，可应用于大载荷的搬运。

Claims (10)

1.一种大工作空间的二维平动并联机构，其特征在于，包括固定底座(1)、平行双联同步伸缩杆(2)、电动缸(3)、工作台(4)；
所述平行双联同步伸缩杆(2)固定端通过第一转动副(1-1)和第二转动副(1-2)与固定底座(1)相连，伸缩端通过第三转动副(1-3)和第四转动副(1-4)与工作台(4)相连；所述电动缸固定端和伸缩端均通过转动副分别与固定底座(1)和工作台(4)相连；所述第一转动副(1-1)、第二转动副(1-2)、第三转动副(1-3)、第四转动副(1-4)、电动缸(3)两端的转动副的轴线均相互平行；第一转动副(1-1)和第二转动副(1-2)轴线之间的距离与第三转动副(1-3)和第四转动副(1-4)轴线之间的距离相等；所述第一转动副(1-1)和第二转动副(1-2)连线平行于第三转动副(1-3)和第四转动副(1-4)轴线之间的连线，使得工作台(4)只能在一个平面内来回摆动。
2.根据权利要求1所述的一种大工作空间的二维平动并联机构，其特征在于，所述电动缸(3)为单杠的电动缸。
3.根据权利要求1所述的一种大工作空间的二维平动并联机构，其特征在于，所述电动缸(3)为设有两个电杠的并列双联同步伸缩杆，并列双联同步伸缩杆的固定端通过第五转动副(1-5)和第六转动副(1-6)与固定底座(1)相连，伸缩端通过第七转动副(1-7)和第八转动副(1-8)与工作台(4)相连；所述第五转动副(1-5)、第六转动副(1-6)、第七转动副(1-7)和第八转动副(1-8)与第一转动副(1-1)的轴线均相互平行；且第五转动副(1-5)和第六转动副(1-6)共轴线，第七转动副(1-7)和第八转动副(1-8)共轴线；第五转动副(1-5)和第六转动副(1-6)与固定底座(1)连接点之间的距离与第七转动副(1-7)和第八转动副(1-8)与工作台(4)连接点之间的距离相等。
4.根据权利要求3所述的一种大工作空间的二维平动并联机构，其特征在于，所述平行双联同步伸缩杆(2)为至少两级的伸缩杆结构。
5.根据权利要求3所述的一种大工作空间的二维平动并联机构，其特征在于，所述平行双联同步伸缩杆(2)为两级的伸缩杆结构，包括两根相同的二级伸缩杆(2-1)和扭杆(2-2)，扭杆和伸缩杆构成可转动的平行四边形，在工作状态下两根伸缩杆也始终保持平行，伸缩杆的伸缩采用丝杠传动，每组伸缩杆可以采用两个电机分别同步驱动每根伸缩杆，或者采用一个电机利用传动装置同步驱动两根伸缩杆。
6.根据权利要求3所述的一种大工作空间的二维平动并联机构，其特征在于，所述并列双联同步伸缩杆(3)为至少两级的伸缩杆结构。
7.根据权利要求3所述的一种大工作空间的二维平动并联机构，其特征在于，所述并列双联同步伸缩杆(3)为两级的伸缩杆结构，包括两根相同的二级伸缩杆(3-1)伸缩杆的伸缩采用丝杠传动，采用主动轮(3-3)带动第一同步带轮(3-4)和第二同步轮(3-5)驱动丝杠转动实现同步伸缩。
8.根据权利要求6或7所述的一种大工作空间的二维平动并联机构，其特征在于，所述并列双联同步伸缩杆(3)上还设有连接杆(3-2)，连接杆(3-2)固定于两根伸缩杆外套筒上，保证两并列伸缩杆在工作过程中与固定底座(1)铰链轴线、工作台(4)铰链轴线始终保持矩形。
9.根据权利要求1所述的一种大工作空间的二维平动并联机构，其特征在于，所述平行双联同步伸缩杆(2)轴向与并列双联同步伸缩杆轴向成八字形结构。
10.根据权利要求1所述的一种大工作空间的二维平动并联机构，其特征在于，所述平行双联同步伸缩杆(2)轴向与并列双联同步伸缩杆轴向成X形的交叉结构。
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