CN111331582B - 一种由y型支链构成的非对称大摆角并联机构 - Google Patents

Abstract

一种由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构。其包括基座、第一Y型支链、第二Y型支链、第三Y型支链与动平台，机构具有六个自由度。本发明的优点为：三条Y型支链中的每根连杆由一对相互铰接的伸缩杆驱动，三条Y型支链在结构上布置紧凑，放大了动平台相对伸缩杆的速度，三根连杆运动空间设置在基座一侧，机构整体呈非对称，可实现动平台大摆角运动，扩大了工作空间。三个Y型支链各自的伸缩杆所在的运动平面彼此相交，减少了机构奇异性。基座上面对称布置三个相同结构的Y型支链，因此互换性较好，整体架构采用简单运动副，降低了制造难度。

Description

一种由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构

技术领域

本发明属于并联机构技术领域，特别是涉及一种由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构。

背景技术

并联机构是运动平台与固定平台之间利用两个或两个以上的支链相互连接而构成，因此相对于串联机构，并联机构具有高刚度、高精度、高速度等特点，因此具有广泛的应用前景。

经典的六自由度并联机构,如Stewart机构，结构简单，刚度大，精度高，但由于多个支链工作空间叠加限制，工作空间较小，且工作空间一般在基座上方区域，因此对于一些有侧向大摆角工作空间需求并有较高自由度和精度要求的工作，如复杂曲面的精确加工，六自由度并联机构的应用较少，因此关于大摆角、高速度、高效率、结构简单的六自由度并联机构的研发需求日益突出。

发明内容

为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构。

为了达到上述目的，本发明提供的由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构包括基座、第一Y型支链、第二Y型支链、第三Y型支链以及动平台；所述的基座为板状结构；第一Y型支链、第二Y型支链和第三Y型支链结构相同；其中，第一Y型支链包括两个第一下部铰接支座、两根第一伸缩杆、第一上部铰接支座、第一复合万向节和第一连杆；第二Y型支链Ⅱ包括两个第二下部铰接支座、两根第二伸缩杆、第二上部铰接支座、第二复合万向节和第二连杆；第三Y型支链包括两个第三下部铰接支座、两根第三伸缩杆、第三上部铰接支座、第三复合万向节和第三连杆；每个Y型支链中的两个下部铰接支座各为一组且转动轴线两两相互平行，同时平行于基座的表面，以使两根与其相连的伸缩杆的运动位于同一平面内；作为一组的两个第一下部铰接支座分别安装在基座的表面一侧前后部位；两个第二下部铰接支座和两个第三下部铰接支座分别作为一组呈八字形安装在基座的表面另一侧前后部位，六个下部铰接支座相对于基座的前后中心面呈面对称分布，并且第一下部铰接支座的轴线平行于对称面；第一上部铰接支座、第二上部铰接支座和第三上部铰接支座分别固定在动平台的背面，且三个上部铰接支座的中点连线呈等腰三角形，等腰三角形的顶点处设置第一上部铰接支座；两根第一伸缩杆、第二伸缩杆和第三伸缩杆的下端分别铰接在一个第一下部铰接支座、第二下部铰接支座和第三下部铰接支座上，上端重合在一起并分别通过第一复合万向节、第二复合万向节和第三复合万向节与第一连杆、第二连杆和第三连杆的内端铰接；第一连杆、第二连杆和第三连杆的外端则分别铰接在第一上部铰接支座、第二上部铰接支座和第三上部铰接支座上。

所述的动平台为三角形板状结构。

本发明提供的由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构具有以下优点：

1、三条Y型支链中的每根连杆由一对相互铰接的伸缩杆驱动，三条Y型支链在结构上布置紧凑，放大了动平台相对伸缩杆的速度，三根连杆运动空间设置在基座一侧，机构整体呈非对称，可实现动平台大摆角运动，扩大了工作空间。

2、三个Y型支链各自的伸缩杆所在的运动平面彼此相交，减少了机构奇异性。

3、基座上面对称布置三个相同结构的Y型支链，因此互换性较好，整体架构采用简单运动副，降低了制造难度。

附图说明

图1为本发明提供的由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构整体结构示意图。

图2为本发明提供的由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构中基座示意图。

图3为本发明提供的由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构中动平台示意图。

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由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构进行详细说明。

如图1—图3所示，本发明提供的由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构包括基座1、第一Y型支链Ⅰ、第二Y型支链Ⅱ、第三Y型支链Ⅲ以及动平台10；所述的基座1为板状结构；第一Y型支链Ⅰ、第二Y型支链Ⅱ和第三Y型支链Ⅲ结构相同；其中，第一Y型支链Ⅰ包括两个第一下部铰接支座101、两根第一伸缩杆2、第一上部铰接支座3、第一复合万向节4和第一连杆5；第二Y型支链Ⅱ包括两个第二下部铰接支座102、两根第二伸缩杆6、第二上部铰接支座7、第二复合万向节8和第二连杆9；第三Y型支链Ⅲ包括两个第三下部铰接支座103、两根第三伸缩杆11、第三上部铰接支座12、第三复合万向节13和第三连杆14；每个Y型支链中的两个下部铰接支座各为一组且转动轴线两两相互平行，同时平行于基座1的表面，以使两根与其相连的伸缩杆的运动位于同一平面内；作为一组的两个第一下部铰接支座101分别安装在基座1的表面一侧前后部位；两个第二下部铰接支座102和两个第三下部铰接支座103分别作为一组呈八字形安装在基座1的表面另一侧前后部位，六个下部铰接支座相对于基座1的前后中心面呈面对称分布，并且第一下部铰接支座101的轴线平行于对称面；第一上部铰接支座3、第二上部铰接支座7和第三上部铰接支座12分别固定在动平台10的背面，且三个上部铰接支座的中点连线呈等腰三角形，等腰三角形的顶点处设置第一上部铰接支座3；两根第一伸缩杆2、第二伸缩杆6和第三伸缩杆11的下端分别铰接在一个第一下部铰接支座101、第二下部铰接支座102和第三下部铰接支座103上，上端重合在一起并分别通过第一复合万向节4、第二复合万向节8和第三复合万向节13与第一连杆5、第二连杆9和第三连杆14的内端铰接；第一连杆5、第二连杆9和第三连杆14的外端则分别铰接在第一上部铰接支座3、第二上部铰接支座7和第三上部铰接支座12上。

所述的动平台10为三角形板状结构。

现以固定基座1的左右方向作为x轴方向，前后方向作为y轴方向，垂直方向作为z轴方向，对本发明提供的由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构的工作原理阐述如下：

本非对称大摆角并联机构选取第一Y型支链Ⅰ、第二Y型支链Ⅱ、第三Y型支链Ⅲ上的伸缩杆作为主动副，驱动三根相应的连杆动作而实现动平台10的六自由度控制。第一Y型支链Ⅰ上的两根第一伸缩杆2在y-z平面内转动，且与基座1呈三角形结构，可通过控制两根第一伸缩杆2的长度或与基座1表面间的夹角来确定第一连杆5内端的y轴方向与z轴方向的移动自由度，由于第一连杆5的两端为轴线平行的万向节，从而在第一连杆5的内端固定时动平台10具有三个方向的转动自由度和x轴方向的移动自由度，二者叠加可实现动平台10的六个自由度，并且提供两个控制参数，另外两个Y型支链与第一Y型支链Ⅰ工作原理相同，各自提供两个控制参数，三个Y型支链中的六个伸缩杆位置参数相互耦合来控制动平台10的六个自由度。

Claims (2)

1.一种由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构，其特征在于:所述的由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构包括基座(1)、第一Y型支链(Ⅰ)、第二Y型支链(Ⅱ)、第三Y型支链(Ⅲ)以及动平台(10)；所述的基座(1)为板状结构；第一Y型支链(Ⅰ)、第二Y型支链(Ⅱ)和第三Y型支链(Ⅲ)结构相同；其中，第一Y型支链(Ⅰ)包括两个第一下部铰接支座(101)、两根第一伸缩杆(2)、第一上部铰接支座(3)、第一复合万向节(4)和第一连杆(5)；第二Y型支链(Ⅱ)包括两个第二下部铰接支座(102)、两根第二伸缩杆(6)、第二上部铰接支座(7)、第二复合万向节(8)和第二连杆(9)；第三Y型支链(Ⅲ)包括两个第三下部铰接支座(103)、两根第三伸缩杆(11)、第三上部铰接支座(12)、第三复合万向节(13)和第三连杆(14)；每个Y型支链中的两个下部铰接支座各为一组且转动轴线两两相互平行，同时平行于基座(1)的表面，以使两根与其相连的伸缩杆的运动位于同一平面内；作为一组的两个第一下部铰接支座(101)分别安装在基座(1)的表面一侧前后部位；两个第二下部铰接支座(102)和两个第三下部铰接支座(103)分别作为一组呈八字形安装在基座(1)的表面另一侧前后部位，六个下部铰接支座相对于基座(1)的前后中心面呈面对称分布，并且第一下部铰接支座(101)的轴线平行于对称面；第一上部铰接支座(3)、第二上部铰接支座(7)和第三上部铰接支座(12)分别固定在动平台(10)的背面，且三个上部铰接支座的中点连线呈等腰三角形，等腰三角形的顶点处设置第一上部铰接支座(3)；两根第一伸缩杆(2)、第二伸缩杆(6)和第三伸缩杆(11)的下端分别铰接在一个第一下部铰接支座(101)、第二下部铰接支座(102)和第三下部铰接支座(103)上，上端重合在一起并分别通过第一复合万向节(4)、第二复合万向节(8)和第三复合万向节(13)与第一连杆(5)、第二连杆(9)和第三连杆(14)的内端铰接；第一连杆(5)、第二连杆(9)和第三连杆(14)的外端则分别铰接在第一上部铰接支座(3)、第二上部铰接支座(7)和第三上部铰接支座(12)上。

2.根据权利要求1所述的由Y型支链构成的非对称大摆角并联机构，其特征在于:所述的动平台(10)为三角形板状结构。

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