CN109773754B - 含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台，包括上平台、下平台和连接上平台与下平台的三个均含平面四连杆子闭环的折叠驱动分支。折叠驱动分支包括下连杆、上连杆、辅助下连杆、辅助上连杆和驱动油缸。下连杆第一端连接下平台，第二端连接上连杆，辅助下连杆连接于下连杆中部的连接铰座；上连杆第二端连接上平台，上连杆中间设有辅助上连杆连接铰座，辅助上连杆连接于此，辅助上连杆与辅助下连杆连接在一起。辅助上连杆、辅助下连杆、下连杆和上连杆构成平面四杆子闭环；以及驱动油缸第二端连接于辅助上连杆中部，第一端连接下平台。本发明具有结构紧凑、空间利用率高、工作空间较大、承载能力强等优势。

Description

含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台

技术领域

本发明涉及一种并联运动平台，特别是一种含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台。

背景技术

运动平台被广泛应用于工业生产、娱乐休闲等领域，如运动模拟、稳定补偿、动感模拟等；并联机构由于具有刚度大、承载能力强、易于实现轨迹规划和控制等优点而被广泛应用于运动平台。其中，具有折叠分支的少自由度并联机构相对于一般并联机构来说具有结构紧凑、工作空间更大等优点，因此具有广阔的应用前景。

专利号为CN201810229250.0的中国发明专利提供了一种具有空间双驱动折叠分支的六自由度并联机构，该专利能够实现垂直方向上的较大升沉，并且折叠后占用空间较小，但是分支结构较为复杂，上平台转动范围较小。专利号为CN201610644836.4的中国发明专利提供了一种具有双驱动交叉折叠分支的并联稳定接货平台，该发明具有六个自由度，通过其双驱动交叉折叠分支，可以使上平台获得较大的升沉运动范围，但是，上平台的转动与水平方向的移动量较小。专利号为CN201510466759.3的中国发明专利提供了一种可折叠的六自由度并联运动平台，该发明中，每个分支中的由上连杆、一个平行四边形结构构成，上连杆与平行四边形机构中部设有连接转轴，用来连接驱动缸，该发明具有较高的动态响应和空间利用率，但是折叠收放占用空间仍然较大，结构刚度较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、工作空间大、机构刚度大的三自由度运动平台。

本发明所采用的技术方案是提供一种含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台，包括下平台、上平台和折叠驱动分支，所述折叠驱动分支有三个，均布于上平台和下平台之间，其结构相同且均含平面四连杆子闭环结构；所述折叠驱动分支包括下连杆、上连杆、辅助下连杆、辅助上连杆和驱动油缸，所述下连杆第一端通过转动副与下平台相连，第二端通过转动副连接于上连杆的第一端，所述下连杆上设有辅助下连杆连接铰座，并通过转动副与辅助下连杆的第一端相连，所述三个转动副的轴线相互平行；所述上连杆第二端通过球铰连接于上平台，三个所述球铰均布于上平台的第一端面，所述球铰中心的连线呈等边三角形，所述上连杆上设有辅助上连杆连接铰座，并通过转动副与辅助上连杆第一端连接，所述转动副与上连杆第一端的转动副的轴线之间相互平行；所述辅助上连杆第二端通过转动副与辅助下连杆第二端相连，所述转动副轴线与辅助上连杆第一端的转动副轴线平行；以及所述下连杆、上连杆、辅助下连杆和辅助上连杆共同构成平面四连杆子闭环结构，所述驱动油缸的第一端与辅助上连杆铰接，所述驱动油缸的第二端与下平台铰接，且所述驱动油缸与下平台的铰接点位于下连杆与下平台连接轴的内侧。

优选地，所述下连杆呈矩形框架结构，且第一边和第二边的两端均设有转动副，中间设有辅助下连杆连接铰座。

优选地，所述上连杆呈等腰三角形框架结构，且第一顶点和第二顶点处设有转动副，第三顶点处设有球副，并在第二边和第三边上设有辅助上连杆连接铰座。

优选地，所述辅助下连杆呈等腰梯形框架结构，且第一边和第二边两端均设有转动副。

优选地，所述辅助上连杆呈等腰梯形框架结构，且第一边和第二边的两端均设有转动副，第三边和第四边之间设有驱动油缸铰接点。

优选地，所述上平台与下平台之间设有折叠助力机构，所述折叠助力机构包括助力下平台、助力上平台、助力中间平台和三个完全相同的折叠助力分支与助力油缸；三个所述折叠助力分支均布于助力下平台之上，并将助力下平台、助力上平台和助力中间平台连接在一起。

优选地，所述折叠助力分支包括助力上连杆、助力下连杆和助力中间连杆，所述助力下连杆第一端通过转动副与助力下平台相连，第二端通过转动副与助力上连杆的第一端相连，所述助力上连杆的第二端通过转动副与助力上平台相连，所述助力中间连杆第一端通过转动副连接于助力下连杆的中间位置，助力中间连杆第二端通过转动副与助力中间平台连接，且上述转动副轴线之间相互平行。

进一步地，所述助力下连杆与助力上连杆的长度相等，连接助力下连杆与助力中间连杆的转动副轴线到连接助力下连杆与助力下平台的转动副轴线之间的距离与所述助力中间连杆的长度相等；以及所述助力油缸第一端与助力下平台固连，第二端铰接于助力中间平台，所述助力下平台与所述下平台通过U副连接，所述助力上平台通过球副与所述上平台上的球铰座连接。

本发明与现有相关技术相比有如下优点：

1、本发明中的分支对驱动油缸的行程起到了放大作用，相对上平台直接进行直线驱动，拥有更大的工作空间；

2、本发明结构紧凑，上平台处于最低位时，将占用很小的空间；

3、本发明中的辅助连杆使得运动平台刚度提高，机构承载能力加强；

4、本发明中的折叠分支中各个连杆的连接多采用转动副，工程实现方便，且易于实现对转轴的密封保护，可适应多种恶劣工况；以及

5、折叠助力分支的加设将平衡掉负载的重力，提高了本发明的承载能力，在不影响整体体积的同时，使得运动平台的承载能力得到了有效提高。

当三个分支中的驱动油缸活塞杆均未伸出时，上平台处于最低位置，当驱动三个驱动油缸以不同规律运动时，上平台可以实现俯仰、翻滚、垂向移动等单一或复合的运动形式，分支的折叠结构可以起到对驱动的行程放大作用，使运动平台本身结构紧凑的同时，又能拥有较大的工作空间。

附图说明

图1为本发明的上平台处于最低位置时该并联运动平台结构示意图；

图2为本发明的上平台处于最高位置时该并联运动平台结构示意图；

图3为本发明的下连杆结构示意图；

图4为本发明的上连杆结构示意图；

图5为本发明的设置助力分支后该并联运动平台结构示意图；

图6为本发明的折叠助力机构结构示意图；

图7为本发明的设置助力分支后该并联运动平台的侧视图；

图8为本发明的实施例2的三维结构示意图；

图9为本发明的实施例2的剖视结构示意图；

图10为本发明的实施例3的三维结构示意图；

图11为本发明的实施例3的平面三自由度运动平台结构示意图；

图12为本发明的实施例4的三维结构示意图；以及

图13为本发明的实施例4的局部放大结构示意图。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

实施例1

本发明提供一种含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台，如图1～4所示，包括下平台1、上平台2和折叠驱动分支3，折叠驱动分支3有三个，均布于上平台2和下平台1之间，其结构相同且均含平面四连杆子闭环结构；折叠驱动分支3包括下连杆31、上连杆32、辅助下连杆33、辅助上连杆34和驱动油缸35，下连杆31第一端通过转动副与下平台1相连，第二端通过转动副连接于上连杆32的第一端，下连杆31上设有辅助下连杆连接铰座36，并通过转动副与辅助下连杆33的第一端相连，三个转动副的轴线相互平行；上连杆32的第二端通过球铰38连接于上平台2，三个球铰38均布于上平台2的下底面球铰38中心的连线呈等边三角形，上连杆32上设有辅助上连杆连接铰座37，并通过转动副与辅助上连杆34的第一端连接，转动副与上连杆32的第一端的转动副的轴线之间相互平行；辅助上连杆34的第二端通过转动副与辅助下连杆33的第二端相连，转动副轴线与辅助上连杆34的第一端的转动副轴线平行；以及下连杆31、上连杆32、辅助下连杆33和辅助上连杆34共同构成平面四连杆子闭环结构，驱动油缸35的第一端与辅助上连杆34铰接，驱动油缸35的第二端与下平台1铰接，且驱动油缸35与下平台1的铰接点位于下连杆31与下平台1连接轴的内侧。下连杆31呈矩形框架结构，且第一边和第二边的两端均设有转动副，中间设有辅助下连杆连接铰座36，上连杆32呈等腰三角形框架结构，且第一顶点和第二顶点处设有转动副，第三顶点处设有球副，并在第二边和第三边上设有辅助上连杆连接铰座37，辅助下连杆33呈等腰梯形框架结构，且第一边和第二边两端均设有转动副，辅助上连杆34呈等腰梯形框架结构，且第一边和第二边的两端均设有转动副，第三边和第四边之间设有驱动油缸35铰接点。

如图5～7所示，上平台2与下平台1之间设有折叠助力机构4，折叠助力机构4包括助力下平台41、助力上平台42、助力中间平台43和三个完全相同的折叠助力分支44与助力油缸45；三个折叠助力分支44均布于助力下平台41之上，并将助力下平台41、助力上平台42和助力中间平台43连接在一起。折叠助力分支44包括助力上连杆441、助力下连杆442和助力中间连杆443，助力下连杆442第一端通过转动副与助力下平台41相连，第二端通过转动副与助力上连杆441的第一端相连，助力上连杆441的第二端通过转动副与助力上平台42相连，助力中间连杆443第一端通过转动副连接于助力下连杆442的中间位置，助力中间连杆443第二端通过转动副与助力中间平台43连接，且上述转动副轴线之间相互平行。助力下连杆442与助力上连杆441的长度相等，连接助力下连杆442与助力中间连杆443的转动副轴线到连接助力下连杆442与助力下平台41的转动副轴线之间的距离与助力中间连杆443的长度相等；助力油缸45第一端与助力下平台41固连，第二端铰接于助力中间平台43，助力下平台41与下平台1通过U副46连接，助力上平台42通过球副与上平台2上的球铰座47连接。

实施例2

如图8～9所示，在实施例1的基础上，将助力下平台41与下平台1之间的连接形式改为通过弹性连接座48连接，弹性连接座48允许助力下平台41相对下平台1绕下平台41的任一径向轴线转动。在上平台2与下平台1之间所加设的折叠助力机构可更改成如下形式：折叠助力机构4包括助力下平台41、助力上平台42、助力中间平台43、三个完全相同的折叠助力分支44和助力油缸45；三个折叠助力分支44均布于助力下平台41之上，将助力上平台42、助力下平台41和助力中间平台43连接在一起；在上述每个折叠助力分支44中，包括助力上连杆441、助力下连杆442、助力中间连杆443；助力下连杆442通过转动副与助力下平台41连接，助力下连杆442与助力上连杆441通过转动副连接，助力上连杆441与助力上平台42通过转动副连接，助力中间连杆443与助力上连杆441通过转动副连接，上述四个转动副轴线之间相互平行，助力下连杆442与助力上连杆441的长度相等，助力上连杆441上的三个转动副的中心连线呈直线，且助力上连杆441与助力中间连杆443连接的转动副轴线和助力上连杆441与助力上平台42连接的转动副轴线之间的距离与助力中间连杆443长度相等；助力油缸45的第一端与助力中间平台43固连，第二端铰接于助力上平台42；助力下平台41与下平台1通过弹性连接座48连接，弹性连接座48允许助力下平台41相对下平台1绕其任一径向轴线转动，助力上平台42通过球铰座47与上平台2连接。

实施例3

如图10～11所示，在实施例1的基础上，在上平台2上加设平面三自由度运动平台5，可以构成六自由度运动平台。在上平台2之上加设三个均匀分布的油缸连接转轴55，油缸连接转轴55的轴线垂直于上平台2的第一端面，平面三自由度运动平台5包括三个分布在上平台2上的驱动油缸51、托架52和其第一端面与上平台2第一端面之间的球型滚轮54，托架52为三角形框架结构，其三个侧表面上设有驱动油缸连接铰座53，驱动油缸51第一端通过转动副连接于驱动油缸连接铰座53，该转动副轴线垂直于上平台2的第一端面，驱动油缸51的第二端通过转动副连接于油缸连接转轴55。

实施例4

如图12～13所示，在实施例1的基础上将上平台2替换为一种平面三自由度运动平台6，平面三自由度运动平台6包括半封闭长方体箱型结构的下平台61、上平台62和四条连接上平台62与下平台61的驱动分支63。每条驱动分支63包括驱动缸631、驱动缸连接座632、两条分布在驱动缸631第一侧的底部直线导轨635、两个直线导轨滑块633、驱动缸活动连接架638、中间连接架634、顶部直线导轨滑块637和顶部直线导轨636，驱动缸631的第一端与驱动缸连接座632铰接，驱动缸631的第二端与驱动缸活动连接架638铰接，底部直线导轨635与下平台61固定连接，直线导轨滑块633与驱动缸活动连接架638固定连接，驱动缸活动连接架638与中间连接架634通过转动副连接，中间连接架634与顶部直线导轨滑块637固定连接，顶部直线导轨636与上平台62固定连接。四个驱动分支63在下平台61上均匀分布，且相对的两条驱动分支63与下平台61中点的距离相等，并分布在两侧，两个驱动缸631的安装轴线相互平行且朝向相反，相邻两条驱动分支63中的驱动缸631的轴线相互垂直；以及四个驱动分支63中，每个分支中的驱动缸631伸出方向皆指向下平台61的侧边。

本发明中的驱动分支3对驱动油缸35的行程起到了放大作用，相对上平台2直接进行直线驱动，拥有更大的工作空间；本发明上平台2处于最低位时，将占用很小的空间；辅助下连杆33和辅助上连杆34使得作为运动平台的上平台2刚度提高，机构承载能力加强；本发明中的折叠驱动分支3中各个连杆的连接多采用转动副，工程实现方便，且易于实现对转轴的密封保护，可适应多种恶劣工况；以及折叠助力分支44的加设将平衡掉负载的重力，提高了本发明的承载能力，在不影响整体体积的同时，使得上平台2的承载能力得到了有效提高。当驱动分支3中的驱动油缸活塞杆均未伸出时，上平台2处于最低位置，当驱动三个驱动油缸35以不同规律运动时，上平台2可以实现俯仰、翻滚、垂向移动等单一或复合的运动形式，分支的折叠结构可以起到对驱动的行程放大作用，使上平台2本身结构紧凑的同时，又能拥有较大的工作空间。

以上所述是本申请的优选实施方式，不以此限定本发明的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台，其特征在于，包括下平台、上平台和折叠驱动分支，

所述折叠驱动分支有三个，均布于上平台和下平台之间，其结构相同且均含平面四连杆子闭环结构；所述折叠驱动分支包括下连杆、上连杆、辅助下连杆、辅助上连杆和驱动油缸，所述下连杆第一端通过转动副与下平台相连，第二端通过转动副连接于上连杆的第一端，所述下连杆上设有辅助下连杆连接铰座，并通过转动副与辅助下连杆的第一端相连，所述三个转动副的轴线相互平行；所述上连杆第二端通过球铰连接于上平台，三个所述球铰均布于上平台的第一端面，所述球铰中心的连线呈等边三角形，所述上连杆上设有辅助上连杆连接铰座，并通过转动副与辅助上连杆第一端连接，所述转动副与上连杆第一端的转动副的轴线之间相互平行；所述辅助上连杆第二端通过转动副与辅助下连杆第二端相连，所述转动副轴线与辅助上连杆第一端的转动副轴线平行；

所述下连杆、上连杆、辅助下连杆和辅助上连杆共同构成平面四连杆子闭环结构，所述驱动油缸的第一端与辅助上连杆铰接，所述驱动油缸的第二端与下平台铰接，且所述驱动油缸与下平台的铰接点位于下连杆与下平台连接轴的内侧；

所述上平台与下平台之间设有折叠助力机构，所述折叠助力机构包括助力下平台、助力上平台、助力中间平台和三个完全相同的折叠助力分支与助力油缸；

所述折叠助力分支包括助力上连杆、助力下连杆和助力中间连杆，所述助力下连杆第一端通过转动副与助力下平台相连，第二端通过转动副与助力上连杆的第一端相连，所述助力上连杆的第二端通过转动副与助力上平台相连，所述助力中间连杆第一端通过转动副连接于助力下连杆的中间位置，助力中间连杆第二端通过转动副与助力中间平台连接，且上述转动副轴线之间相互平行；

所述助力下连杆与助力上连杆的长度相等，连接助力下连杆与助力中间连杆的转动副轴线到连接助力下连杆与助力下平台的转动副轴线之间的距离与所述助力中间连杆的长度相等。

2.根据权利要求1所述的含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台，其特征在于，所述下连杆呈矩形框架结构，且第一边和第二边的两端均设有转动副，中间设有辅助下连杆连接铰座。

3.根据权利要求1所述的含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台，其特征在于，所述上连杆呈等腰三角形框架结构，且第一顶点和第二顶点处设有转动副，第三顶点处设有球副，并在第二边和第三边上设有辅助上连杆连接铰座。

4.根据权利要求2所述的含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台，其特征在于，所述辅助下连杆呈等腰梯形框架结构，且第一边和第二边两端均设有转动副。

5.根据权利要求2所述的含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台，其特征在于，所述辅助上连杆呈等腰梯形框架结构，且第一边和第二边的两端均设有转动副，第三边和第四边之间设有驱动油缸铰接点。

6.根据权利要求1所述的含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台，其特征在于，三个所述折叠助力分支均布于助力下平台之上，并将助力下平台、助力上平台和助力中间平台连接在一起。

7.根据权利要求1所述的含平面四连杆子闭环折叠分支的三自由度并联运动平台，其特征在于，所述助力油缸第一端与助力下平台固连，第二端铰接于助力中间平台，所述助力下平台与所述下平台通过U副连接，所述助力上平台通过球副与所述上平台上的球铰座连接。