CN109807861B - 并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联机构，其包括：支架、运动平台、多个设置于支架上的第一驱动组件和多个设置于支架上的第二驱动组件等。其中，第一驱动组件和第二驱动组件的一端均与运动平台形成球铰式转动连接，而另一端均与支架形成转动连接；第一驱动组件和第二驱动组件中均至少有一端可沿其轴向伸缩；各第一驱动组件沿运动平台的周向分布，并与运动平台的侧面相连于第一铰接点；各第二驱动组件与运动平台的端面相连于第二铰接点。与现有技术相比，本申请可使得并联机构满足大工作空间，大负载驱动以及大频响的工作需求。

Description

并联机构

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及一种并联机构。

背景技术

并联机构，可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构，具有结构紧凑、刚度高、承载能力大，精度较高，无累计误差，动态响应好等特点。

然而，目前现有的并联机构存在诸如：无法满足外部大负载的驱动，大工作空间以及大频响(运动周期的往返的频率较高，一个周期内对应的幅值较大)的运动要求等技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何使得并联机构能够满足大工作空间、大负载驱动以及大频响的工作需求。

本发明的目的在于提供一种并联机构，可以满足大工作空间，大负载驱动以及大频响的工作需求。

为了实现上述目的，本发明提出了一种并联机构，包括：支架、用于带动外部负载运动的运动平台；

M个设置于所述支架上的第一驱动组件，所述M为大于等于3的自然数；

N个设置于所述支架上的第二驱动组件，所述N为大于等于3的自然数；

所述第一驱动组件和所述第二驱动组件的一端均与所述运动平台形成球铰式转动连接，而另一端均与所述支架形成转动连接；

所述第一驱动组件和所述第二驱动组件中均至少有一端可沿其轴向伸缩；

各第一驱动组件沿所述运动平台的周向分布，并与所述运动平台的侧面相连于第一铰接点；

各第二驱动组件与所述运动平台的端面相连于第二铰接点。

进一步作为优选地，各第一铰接点形成第一平面；各第二铰接点形成第二平面；所述第一平面和所述第二平面相互平行或相互重合；第一驱动组件的驱动轴线在初始位置时处于第一平面内，且不相交于同一铰接点；各第一驱动组件和各第二驱动组件在初始位置时相互正交。

进一步作为优选地，相邻的两个第一驱动组件之间形成预设的夹角；相邻的三个第二驱动组件的驱动轴线在初始位置时相互平行但不共面。以确保运动平台受到的第一驱动组件和第二驱动组件的作用力较为均衡，以保证其各向同性性能。

进一步作为优选地，所述M和所述N等于四；所述预设的夹角为90度。以在并联机构同时满足外部大负载的驱动，大工作空间以及大频响的运动要求的同时，降低驱动组件的数量。

进一步作为优选地，所述第一铰接点均位于第一圆上；所述第二铰接点均位于第二圆上；所述第一圆和第二圆的圆心位于所述运动平台的中心轴线上；所述第一圆和所述第二圆的直径相同或不相同。

进一步作为优选地，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件均包括：驱动缸体、沿所述驱动缸体的轴向伸缩的伸缩杆；其中，所述伸缩杆的头端通过第一转动组件与所述运动平台形成所述球铰式转动连接；所述驱动缸体通过第二转动组件与所述支架形成所述转动连接；或者所述伸缩杆的头端通过第二转动组件与所述运动平台形成所述转动连接；所述驱动缸体通过第一转动组件与所述支架形成所述球铰式转动连接。

进一步作为优选地，所述第一转动组件包括：分体式虎克铰，且所述分体式虎克铰的一端与所述运动平台相连，而另一端与所述伸缩杆形成转动连接。

进一步作为优选地，所述第二转动组件包括：设置在所述支架上且带有镂空部的基座、设置在所述镂空部内且可摆动的圆环；所述驱动缸体穿过所述圆环，并通过第一转动轴与所述圆环连接；所述圆环通过第二转动轴与所述基座转动连接；所述第一转动轴与所述第二转动轴相互垂直。

进一步作为优选地，所述支架包括：底座、若干个设置于所述底座上的支架本体；各支架本体上均设有所述第一驱动组件和所述第二驱动组件；所述第一驱动组件和所述第二驱动组件在初始位置时，其驱动轴线相互垂直。

进一步作为优选地，所述运动平台为开设有中空部的平板；所述中空部的形状为圆形。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：可以使得并联机构能够满足大工作空间、大负载驱动以及大频响的工作需求。

附图说明

图1为本发明一实施例中并联机构的结构示意图；

图2为本发明一实施例中驱动组件的结构示意图；

图3为本发明一实施例中驱动组件的内部结构示意图；

图4为本发明一实施例中并联机构的运行示意图；

附图说明:支架1；底座11；支架本体12；水平定位块121；垂直定位块122；

第一驱动组件2；驱动缸体21；伸缩杆22；

第一转动组件23；上叉形铰链座231、下叉形铰链座232、转轴233、球铰连接轴234；

第二转动组件24；基座241；圆环242；第一转动轴243；第二转动轴244；

运动平台3；中空部31；

第二驱动组件4。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的并联机构进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

请参考图1至图4，在本实施例中，提供了一种并联机构，其主要是由支架1、用于驱动外部负载运动的运动平台3、设置于支架1上的第一驱动组件2、设置于支架1上的第二驱动组件4等构成。

其中，本实施例中第一驱动组件2和第二驱动组件4的个数均至少为三个。

第一驱动组件2和第二驱动组件4的一端均与运动平台3形成球铰式转动连接，而另一端均与支架1形成转动连接。

第一驱动组件2和第二驱动组件4中均至少有一端可沿其轴向伸缩。

各第一驱动组件2沿运动平台3的周向分布，并与运动平台3的侧面相连于第一铰接点；

各第二驱动组件4与运动平台3的端面相连于第二铰接点。

通过上述内容可知:按照上述三个及三个以上的第一驱动组件2和第二驱动组件4的结构布局设置，使得第一驱动组件2和第二驱动组件4可分别在相互正交的两个方向上驱动运动平台，实现运动平台的六个自由度的控制，可在空间处于任意的姿态，且转动的角度以及运动空间均较大，并且，使得运动平台3的受力更加均衡和平稳，以及可同时满足大工作空间、大负载驱动以及大频响的工作需求，因而使得并联机构可以满足大工作空间、大负载驱动以及大频响的工作需求。

进一步作为优选地，如图1所示，当本实施例中的第一驱动组件2和第二驱动组件4的个数超过三个时，可以通过多余的第一驱动组件2和第二驱动组件4的配合，并借助力位混合控制，实现对运动平台3的冗余控制，并使得运动平台3的受力更加均衡和平稳，并且，使得运动平台的各向同性性能较好，如运动平台在各个方向上的转动角度、运动频响均可较好的保持一致等，以及承载能力、刚度和运动空间更大等。

为了满足实际的装配需求，方便第一驱动组件2和第二驱动组件4对运动平台3的精确控制，上述各第一铰接点(如图4所示的A1、A2、A3、A4)形成第一平面，即图4中第一圆A所在的平面。上述各第二铰接点(如图4所示的B1、B2、B3、B4)形成第二平面，即图4中第二圆B所在的平面。

第一驱动组件2的驱动轴线在初始位置时处于第一平面(参考第一圆A所在的平面)内，且不相交于同一铰接点。各第一驱动组件2和各第二驱动组件4在初始位置时相互正交。

由上可知，通过上述结构使得各第二驱动组件4能够在与第一平面(参考第一圆A所在的平面)垂直的方向上，对运动平台3形成较好的支撑和驱动，同时借助第一驱动组件2的配合，使得运动平台3在与第一平面垂直的方向上可自由的翻转和移动，以及在第一平面内作自由的移动和旋转，以利于各驱动组件对运动平台3的力位控制。

显然，需要说明的是，本实施例中第一驱动组件2和第二驱动组件4相互正交时，也并非是在初始位置时形成的分布，也可以是在转动至其他位置时形成的分布的，而本实施例仅以第一驱动组件2和第二驱动组件4在初始位置时呈正交设置作简要说明。并且，各第二驱动组件4的驱动轴线也可以是与运动平台3的端面呈倾斜设置，例如倾斜角为30度、45度、60等，并与第一驱动组件3的驱动轴线相互不平行，与以实现对运动平台3的支撑和推动即可。因此，各第二驱动组件4的驱动轴线与运动平台3的端面相互垂直仅是优选的一种方式，在此不作具体的限定和赘述。此外，值得注意的是，本实施例中的第一铰接点和第二铰接点不共点。

进一步作为优选地，如图4所示，本实施例中的第一平面(参考第一圆A所在的平面)和第二平面(参考第二圆B所在的平面)相互平行或相互重合，而本实施例仅以第一平面和第二平面相互平行为例作简要说明，而不作具体的限定。

进一步作为优选地，如图1所示，相邻的两个第一驱动组件2之间形成预设的夹角，并且，相邻的三个第二驱动组件4的驱动轴线在初始位置时相互平行但不共面。以确保运动平台受到的第一驱动组件2和第二驱动组件4的作用力较为均衡，以保证其各向同性性能。较佳地，本实施例中预设的夹角优选为90度。

进一步作为优选地，如图4所示，上述各第一铰接点(如图4所示的A1、A2、A3、A4)均位于第一圆A上；上述各第二铰接点(如图4所示的B1、B2、B3、B4)均位于第二圆B上。第一圆A和第二圆B的圆心位于运动平台的中心轴线上，以使得运动平台3的运动各向同性，以便于通过理论计算调整各驱动组件的伸缩长度和空间位置控制运动平台3的姿态，即可快速实现平台的运动规划。此外还可防止运动平台3在转动至某一位置时，出现卡死或无法姿态定位的现象。

进一步作为优选地，第一圆A和第二圆B的直径相同或不相同，以满足不同的运动需求，而本实施例仅以第一圆A和第二圆B的直径不相同为例作简要说明，而不作具体的限定。

进一步作为优选地，如图2和图3所示，驱动组件2主要是由驱动缸体21、沿驱动缸体21的轴向伸缩的伸缩杆22等构成。

其中，伸缩杆22的头端通过第一转动组件23与运动平台3形成球铰式转动连接；驱动缸体21通过第二转动组件24与支架1形成转动连接，以通过该结构的巧妙设计，以在实现驱动组件2沿其轴向对运动平台3进行推动的同时，还可实现运动平台3的转动。

在此，值得一说的是，本实施例中的驱动缸体21优选为液压缸，以便于驱动组件2稳定驱动运动平台3带动大负载进行运动。

进一步作为优选地，第一转动组件23和第二转动组件24可以实际需要为分体式虎克铰或球铰，以避免驱动组件2在驱动运动平台3转动的过程中，出现卡死的现象。

详细地，本实施例中的第一转动组件23优选采用分体式虎克铰(U副)，其中，分体式虎克铰包括与上叉形铰链座231和下叉形铰链座232，上叉形铰链座231中设有一转轴233，下叉形铰链座232中设有套设在转轴233上并可沿转轴233的周向转动的球铰连接轴234。其中，球铰连接轴234与转轴233相互垂直，且其相对两端被套设在下叉形铰链座232的轴孔中，与下叉形铰链座232形成转动连接，以使下叉形铰链座232可沿转轴233的轴向和周向进行转动。

并且，如图3所示，下叉形铰链座232与伸缩杆22的头端转动连接，即下叉形铰链座232与伸缩杆22相连的一端开设有轴孔，用于配合插入伸缩杆22的头端，以构成转动连接。

进一步作为优选地，上述第二转动组件24包括：设置在支架1上且带有镂空部的基座241、设置在镂空部内且可摆动的圆环242；驱动缸体21穿过圆环242，并通过第一转动轴243与圆环242连接；圆环242通过第二转动轴244与基座241转动连接；第一转动轴243与第二转动轴244相互垂直。以通过第一转动轴243和第二转动轴244的配合，使得驱动缸体21可沿伸缩杆22的伸缩方向来回摆动，以及垂直于伸缩杆22的伸缩方向的方向进行摆动，从而实现第一驱动组件2能够在伸缩的同时，具备自由转动的功能。

并且，需要说明的是，本实施例中的第二转动轴244与上述转轴233相互平行，且第一转动轴243与上述转轴233相互垂直，以通过第一转动组件36和第二转动组件37的配合，使得动力平台3与各伸缩杆相互铰接的第一铰接点和第二铰接点均可以在对应的伸缩杆的作用下自由移动和转动的同时，通过第一转动轴243对伸缩杆起到的限位作用，使得伸缩杆绕自身轴线的转动受到约束。

并且，需要说明的是，本实施例中的第一转动组件23和第二转动组件24可相互替换，而在此就不作具体的限定和过多的阐述。

同理，本实施例中的第二驱动组件4采用和第一驱动组件2同样的结构，以实现相同的目的。

值得注意的是，本实施例中的第一铰接点为分体式虎克铰或球铰的中心，第二铰接点为分体式虎克铰或球铰的中心。

此外，本实施例中的第一转动组件23和第二转动组件24还可以实际需要选择现有技术中其他类型的分体式虎克铰或球铰，不限于上述提及的球铰和分体式虎克铰的结构等，在此不再作赘述。

进一步作为优选地，如图1所示，为了便于对各第一驱动组件2和第二驱动组件4的安装和控制，上述支架1主要是由底座11、若干个设置于底座11上的支架本体12等构成。

其中，各支架本体12上均设有第一驱动组件2和第二驱动组件4，并且，第一驱动组件2和第二驱动组件4的基座241相互垂直。

进一步作为优选地，各支架本体12之间形成有用于避让运动平台3的避让空间。

进一步作为优选地，运动平台3为开设有中空部31的平板；中空部31的形状为圆形。以通过将该中空部31作为装配工位，可以方便的装配外部负载，此外，通过中空部31的中心可以较好的实现外部负载中心与中空部31的中心的重合，实现对外部负载的运动轨迹的精准控制。

进一步地，当上述第一圆A的中心和第二圆B的中心与中空部31的中心重合时，可实现外部负载在运动平台3的驱动下转动至任意一位置时，可以较好的实现力的平衡，避免驱动组件与运动平台3之间产生卡死的现象，扩大运动平台3的转角范围。

另外，值得一提的是，本申请中的支架本体12优选为四个，且在基座241上呈正交分布，并且，支架本体12有部分突出分别形成用于安装沿水平方向布置的第一驱动组件2的水平定位块121、用于安装沿垂直方向布置的第二驱动组件4的垂直定位块122。各支架本体12上的水平定位块121和垂直定位块122相互垂直，并且各水平定位块121上的装配面在水平方向上共面，相邻的两个垂直定位块122的装配面相互异面且垂直。

此外，各第一驱动组件2和各第二驱动组件4在与对应的水平定位块121和垂直定位块122装配后，处于悬空状态。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种并联机构，包括：支架、用于带动外部负载运动的运动平台，其特征在于，还包括：

M个设置于所述支架上的第一驱动组件，所述M为大于等于3的自然数；

N个设置于所述支架上的第二驱动组件，所述N为大于等于3的自然数；

所述第一驱动组件和所述第二驱动组件的一端均与所述运动平台形成球铰式转动连接，而另一端均与所述支架形成转动连接；

所述第一驱动组件和所述第二驱动组件中均至少有一端可沿其轴向伸缩；

各第一驱动组件沿所述运动平台的周向分布，并与所述运动平台的侧面相连于第一铰接点；

各第二驱动组件与所述运动平台的端面相连于第二铰接点；

所述第一铰接点均位于第一圆上；所述第二铰接点均位于第二圆上；所述第一圆和第二圆的圆心位于所述运动平台的中心轴线上；各第一铰接点形成第一平面；第一驱动组件的驱动轴线在初始位置时处于所述第一平面内，且不相交于同一铰接点；所述M和所述N等于四。

2.如权利要求1所述的并联机构，其特征在于，各第二铰接点形成第二平面；所述第一平面和所述第二平面相互平行或相互重合；

各第一驱动组件和各第二驱动组件在初始位置时相互正交。

3.如权利要求1所述的并联机构，其特征在于，相邻的两个第一驱动组件之间形成预设的夹角；相邻的三个第二驱动组件的驱动轴线在初始位置时相互平行但不共面。

4.如权利要求3所述的并联机构，其特征在于，所述预设的夹角为90度。

5.如权利要求1所述的并联机构，其特征在于，所述第一圆和所述第二圆的直径相同或不相同。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的并联机构，其特征在于，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件均包括：驱动缸体、沿所述驱动缸体的轴向伸缩的伸缩杆；

其中，所述伸缩杆的头端通过第一转动组件与所述运动平台形成所述球铰式转动连接；所述驱动缸体通过第二转动组件与所述支架形成所述转动连接；

或者所述伸缩杆的头端通过第二转动组件与所述运动平台形成所述转动连接；所述驱动缸体通过第一转动组件与所述支架形成所述球铰式转动连接。

7.如权利要求6所述的并联机构，其特征在于，所述第一转动组件包括：分体式虎克铰，且所述分体式虎克铰的一端与所述运动平台相连，而另一端与所述伸缩杆形成转动连接。

8.如权利要求6所述的并联机构，其特征在于，所述第二转动组件包括：设置在所述支架上且带有镂空部的基座、设置在所述镂空部内且可摆动的圆环；所述驱动缸体穿过所述圆环，并通过第一转动轴与所述圆环连接；所述圆环通过第二转动轴与所述基座转动连接；所述第一转动轴与所述第二转动轴相互垂直。

9.如权利要求1所述的并联机构，其特征在于，所述支架包括：底座、若干个设置于所述底座上的支架本体；各支架本体上均设有所述第一驱动组件和所述第二驱动组件；所述第一驱动组件和所述第二驱动组件在初始位置时，其驱动轴线相互垂直。

10.如权利要求9所述的并联机构，其特征在于，所述运动平台为开设有中空部的平板；所述中空部的形状为圆形。

Images