CN109623794A - 一种具有冗余支链的一平动两转动并联机构 - Google Patents

Abstract

一种具有冗余支链的一平动两转动并联机构。其包括固定底座、静平台、动平台、第一支链、第二支链、第三支链和第四支链。本发明优点：作为冗余支链的第四支链的存在提高了本并联机构的整体承载能力，具有了更大的刚度，进一步提高了整体结构的稳定性。近工字形静平台的左右对称结构，使得整体更为紧凑，在节省材料的基础上又充分利用了空间。与动平台连接部分均为万向节，且四个侧边上均有分布，大大提高了动平台的灵活性与稳定性。所用铰接件均为相同尺寸，降低了制造难度，节省了设计时间。

Description

一种具有冗余支链的一平动两转动并联机构

技术领域

本发明属于并联机构技术领域，特别是涉及一种具有冗余支链的一平动两转动并联机构。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，在诸如制造维修和食品加工等行业，生产线大量采用并联机构进行装备，因此可使自动化程度显著提高。与串联机构相比，并联机构具有刚度大、承载能力强等优点，发展潜力巨大，因此在多技术领域得到了广泛应用。

并联机构是指拥有2～6自由度的多环闭合运动链的运动机构，可分为6自由度并联机构和少自由度并联机构两种类型。少自由度并联机构可以使机构整体更为简单和紧凑，具有独特的优势。其中少自由度冗余型并联机构能够扩大工作空间，显著提高作业性能，因此得到了国内外学者的广泛关注。但目前尚未发现具有冗余支链的一平动两转动并联机构方面的相关报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有冗余支链的一平动两转动并联机构，其能够保持生产过程的准确性和稳定性。

为了达到上述目的，本发明提供的具有冗余支链的一平动两转动并联机构包括固定底座、静平台、动平台、第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；其中，所述的固定底座水平设置；静平台垂直设置，下端连接在固定底座的表面，包括平台主体、四根圆柱凸台、方形凸台和轨道；平台主体为由上、下水平臂及垂直臂构成的近似工字形结构；两根圆柱凸台的上端分别固定在上水平臂两侧部位底面上，另两根圆柱凸台的下端分别固定在下水平臂两侧部位表面上，并且位于同一侧的两根圆柱凸台的中心轴线位于同一条垂直线上；方形凸台设置在上水平臂的前端面中部；轨道垂直设置，紧贴在垂直臂的前端面上；第一支链与第二支链的结构相同且左右对称设置，包括转向头、第一从动杆、第一铰接座、第一铰接头、第二从动杆、第一万向节座和第一转轴；转向头的上下端以能在水平面内转动的方式连接在平台主体上位于同一侧的两根圆柱凸台的外端上；第一从动杆的后端固定在转向头的前部圆周面上；第一铰接座为开口向前的凹字形结构，后端面与第一从动杆的前端相连；第一铰接头以能在水平面内转动的方式铰接在第一铰接座的开口内；第二从动杆的后端固定在第一铰接头上；第一万向节座为开口向前的凹字形结构，后端面与第二从动杆的前端相连；第一转轴的一端以能在水平面内转动的方式铰接在第一万向节座的开口中，另一端铰接在动平台的一侧边缘中部；第三支链包括第一转头、第三从动杆、第二铰接座、第二铰接头、第四从动杆、第二万向节座和第二转轴；第一转头铰接在方形凸台上；第三从动杆的后端固定在第一转头上；第二铰接座为开口向前的凹字形结构，后端面与第三从动杆的前端相连；第二铰接头以能在垂直面内转动的方式铰接在第二铰接座的开口内；第四从动杆的后端与第二铰接头相连接；第二万向节座为开口向前的凹字形结构，后端面与第四从动杆的前端相连；第二转轴的一端以能在垂直面内转动的方式铰接在第二万向节座的开口中，另一端铰接在动平台的上端边缘中部；第四支链Ⅳ包括滑块、第二转头、第五从动杆、第三万向节座和第三转轴；滑块为水平设置的凹字形结构，一侧中部形成有一个滑动轴贯穿孔，通过滑动轴贯穿孔以上下移动的方式安装在轨道上；第二转头以能在垂直面内转动的方式铰接在滑块的开口内；第五从动杆的后端连接在第二转头上；第三万向节座为开口向前的凹字形结构，后端面与第五从动杆的前端相连；第三转轴的一端以能在垂直面内转动的方式铰接在第三万向节座的开口中，另一端铰接在动平台的下端边缘中部。

所述的方形凸台与第一转头、滑块与第二转头、第一铰接座与第一铰接头以及各万向节座与转轴之间的铰接均采用销连接方式。

所述的静平台上的方形凸台与轨道的中心线重合。

本发明提供的具有冗余支链的一平动两转动并联机构具有以下优点：

1、作为冗余支链的第四支链的存在提高了本并联机构的整体承载能力，具有了更大的刚度，进一步提高了整体结构的稳定性。

2、近工字形静平台的左右对称结构，使得整体更为紧凑，在节省材料的基础上又充分利用了空间。

3、与动平台连接部分均为万向节，且四个侧边上均有分布，大大提高了动平台的灵活性与稳定性。

4、所用铰接件均为相同尺寸，降低了制造难度，节省了设计时间。

附图说明

图1为本发明提供的具有冗余支链的一平动两转动并联机构立体结构图。

图2为本发明提供的具有冗余支链的一平动两转动并联机构上静平台结构图。

图3为本发明提供的具有冗余支链的一平动两转动并联机构右视图。

图4为本发明提供的具有冗余支链的一平动两转动并联机构主视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的具有冗余支链的一平动两转动并联机构进行详细说明。

如图1—图4所示，本发明提供的具有冗余支链的一平动两转动并联机构包括固定底座1、静平台2、动平台12、第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ；其中，所述的固定底座1水平设置；静平台2垂直设置，下端连接在固定底座1的表面，包括平台主体20、四根圆柱凸台19、方形凸台8和轨道18；平台主体20为由上、下水平臂及垂直臂构成的近似工字形结构；两根圆柱凸台19的上端分别固定在上水平臂两侧部位底面上，另两根圆柱凸台19的下端分别固定在下水平臂两侧部位表面上，并且位于同一侧的两根圆柱凸台19的中心轴线位于同一条垂直线上；方形凸台8设置在上水平臂的前端面中部；轨道18垂直设置，紧贴在垂直臂的前端面上；第一支链Ⅰ与第二支链Ⅱ的结构相同且左右对称设置，包括转向头4、第一从动杆5、第一铰接座6、第一铰接头3、第二从动杆7、第一万向节座13和第一转轴14；转向头4的上下端以能在水平面内转动的方式连接在平台主体20上位于同一侧的两根圆柱凸台19的外端上；第一从动杆5的后端固定在转向头4的前部圆周面上；第一铰接座6为开口向前的凹字形结构，后端面与第一从动杆5的前端相连；第一铰接头3以能在水平面内转动的方式铰接在第一铰接座6的开口内；第二从动杆7的后端固定在第一铰接头3上；第一万向节座13为开口向前的凹字形结构，后端面与第二从动杆7的前端相连；第一转轴14的一端以能在水平面内转动的方式铰接在第一万向节座13的开口中，另一端铰接在动平台12的一侧边缘中部；第三支链Ⅲ包括第一转头9、第三从动杆10、第二铰接座21、第二铰接头22、第四从动杆11、第二万向节座23和第二转轴24；第一转头9铰接在方形凸台8上；第三从动杆10的后端固定在第一转头9上；第二铰接座21为开口向前的凹字形结构，后端面与第三从动杆10的前端相连；第二铰接头22以能在垂直面内转动的方式铰接在第二铰接座21的开口内；第四从动杆11的后端与第二铰接头22相连接；第二万向节座23为开口向前的凹字形结构，后端面与第四从动杆11的前端相连；第二转轴24的一端以能在垂直面内转动的方式铰接在第二万向节座23的开口中，另一端铰接在动平台12的上端边缘中部；第四支链Ⅳ包括滑块17、第二转头16、第五从动杆15、第三万向节座25和第三转轴26；滑块17为水平设置的凹字形结构，一侧中部形成有一个滑动轴贯穿孔，通过滑动轴贯穿孔以上下移动的方式安装在轨道18上；第二转头16以能在垂直面内转动的方式铰接在滑块17的开口内；第五从动杆15的后端连接在第二转头16上；第三万向节座25为开口向前的凹字形结构，后端面与第五从动杆15的前端相连；第三转轴26的一端以能在垂直面内转动的方式铰接在第三万向节座25的开口中，另一端铰接在动平台12的下端边缘中部。

所述的方形凸台8与第一转头9、滑块17与第二转头16、第一铰接座6与第一铰接头3以及各万向节座与转轴之间的铰接均采用销连接方式。

所述的静平台2上的方形凸台8与轨道18的中心线重合。

本发明提供的具有冗余支链的一平动两转动并联机构上第一支链Ⅰ和第二支链Ⅱ的存在实现了动平台12的一个转动自由度和一个移动自由度，第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ的存在实现了动平台12的一个移动自由度，从而使此机构具有一平动两转动共三个自由度，并且一平动两转动的运动是靠两个转向头4和一个第一转头9这三个主动件的转动来实现的，其中万向节座和转轴以转动副连接,转轴与动平台12之间也可以相互转动,工作原理如下：驱动两个转向头4进行左右转动并保持转动幅度相同再配合第三支链Ⅲ的转动，可以实现动平台12的平动，在此过程中，第四支链Ⅳ将通过滑块17沿轨道18上下移动；驱动第一转头9上下转动再保持第一支链Ⅰ和第二支链Ⅱ不动，通过转轴与动平台的转动副可以实现动平台12一个方向的转动，在此过程中，第四支链Ⅳ也将通过滑块17沿轨道18上下移动；仅驱动两个转向头4进行左右转动并控制左右两侧的转动幅度不同，可以实现动平台12另一个方向的转动，最终本发明提供的并联机构可以实现一平动两转动共三个方向的运动。

Claims (3)

1.一种具有冗余支链的一平动两转动并联机构，其特征在于：所述的具有冗余支链的一平动两转动并联机构包括固定底座(1)、静平台(2)、动平台(12)、第一支链(Ⅰ)、第二支链(Ⅱ)、第三支链(Ⅲ)和第四支链(Ⅳ)；其中，所述的固定底座(1)水平设置；静平台(2)垂直设置，下端连接在固定底座(1)的表面，包括平台主体(20)、四根圆柱凸台(19)、方形凸台(8)和轨道(18)；平台主体(20)为由上、下水平臂及垂直臂构成的近似工字形结构；两根圆柱凸台(19)的上端分别固定在上水平臂两侧部位底面上，另两根圆柱凸台(19)的下端分别固定在下水平臂两侧部位表面上，并且位于同一侧的两根圆柱凸台(19)的中心轴线位于同一条垂直线上；方形凸台(8)设置在上水平臂的前端面中部；轨道(18)垂直设置，紧贴在垂直臂的前端面上；第一支链(Ⅰ)与第二支链(Ⅱ)的结构相同且左右对称设置，包括转向头(4)、第一从动杆(5)、第一铰接座(6)、第一铰接头(3)、第二从动杆(7)、第一万向节座(13)和第一转轴(14)；转向头(4)的上下端以能在水平面内转动的方式连接在平台主体(20)上位于同一侧的两根圆柱凸台(19)的外端上；第一从动杆(5)的后端固定在转向头(4)的前部圆周面上；第一铰接座(6)为开口向前的凹字形结构，后端面与第一从动杆(5)的前端相连；第一铰接头(3)以能在水平面内转动的方式铰接在第一铰接座(6)的开口内；第二从动杆(7)的后端固定在第一铰接头(3)上；第一万向节座(13)为开口向前的凹字形结构，后端面与第二从动杆(7)的前端相连；第一转轴(14)的一端以能在水平面内转动的方式铰接在第一万向节座(13)的开口中，另一端铰接在动平台(12)的一侧边缘中部；第三支链(Ⅲ)包括第一转头(9)、第三从动杆(10)、第二铰接座(21)、第二铰接头(22)、第四从动杆(11)、第二万向节座(23)和第二转轴(24)；第一转头(9)铰接在方形凸台(8)上；第三从动杆(10)的后端固定在第一转头(9)上；第二铰接座(21)为开口向前的凹字形结构，后端面与第三从动杆(10)的前端相连；第二铰接头(22)以能在垂直面内转动的方式铰接在第二铰接座(21)的开口内；第四从动杆(11)的后端与第二铰接头(22)相连接；第二万向节座(23)为开口向前的凹字形结构，后端面与第四从动杆(11)的前端相连；第二转轴(24)的一端以能在垂直面内转动的方式铰接在第二万向节座(23)的开口中，另一端铰接在动平台(12)的上端边缘中部；第四支链Ⅳ包括滑块(17)、第二转头(16)、第五从动杆(15)、第三万向节座(25)和第三转轴(26)；滑块(17)为水平设置的凹字形结构，一侧中部形成有一个滑动轴贯穿孔，通过滑动轴贯穿孔以上下移动的方式安装在轨道(18)上；第二转头(16)以能在垂直面内转动的方式铰接在滑块(17)的开口内；第五从动杆(15)的后端连接在第二转头(16)上；第三万向节座(25)为开口向前的凹字形结构，后端面与第五从动杆(15)的前端相连；第三转轴(26)的一端以能在垂直面内转动的方式铰接在第三万向节座(25)的开口中，另一端铰接在动平台(12)的下端边缘中部。

2.根据权利要求1所述的具有冗余支链的一平动两转动并联机构，其特征在于：所述的方形凸台(8)与第一转头(9)、滑块(17)与第二转头(16)、第一铰接座(6)与第一铰接头(3)以及各万向节座与转轴之间的铰接均采用销连接方式。

3.根据权利要求1所述的具有冗余支链的一平动两转动并联机构，其特征在于：所述的静平台(2)上的方形凸台(8)与轨道(18)的中心线重合。