CN112454336A - 一种分体式五自由度并联机构 - Google Patents

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Abstract

一种分体式五自由度并联机构。其包括定平台、动平台、第一支链、第二支链和第三支链，具有三个平动以及两个转动的自由度。本发明具有的优点：一方面，定平台采用分体式结构，分平台上设有三个主动副，保证了动平台运动特性，使驱动系统集中，降低控制系统对动平台影响，使并联机构模块化，降低机构批量维护难度；另一方面，机构整体对称，并且采用多个球铰，增加了机构灵活性与各项同性，增加了机构运动性能，同时采用分体式结构，增大了动平台的工作空间。本发明适用于零件加工装配等对灵活性要求高以及对工作空间要求大的加工环境。

Description

一种分体式五自由度并联机构
技术领域
本发明属于并联机构技术领域，特别是涉及一种分体式五自由度并联机构。
背景技术
并联机构近些年在各个领域得到广泛的应用，它具有精度高、工作稳定、工作效率高等优点，所以并联机构具有很高的应用价值。
五自由度并联机构近些年也被广泛应用，因其少一个自由度，因此结构更加简单，同时具有很好的稳定性，可以完成某些六自由度机构所不能完成的加工过程；如中国专利公开号CN201821923752.5中公开了一种新型的五自由度并联机构，具有很简单的机构以及很强的承载能力，但工作空间较小，运动很容易受到干涉；分体式结构可以增大机构的空间，减少干涉，所以在五自由度并联机构的基础上运用分体式的机构具有很好的前景。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种分体式五自由度并联机构。
为了达到上述目的，本发明提供的分体式五自由度并联机构包括定平台、动平台、第一支链、第二支链和第三支链；
其中，定平台包括固定在地面上的底座、两个第一导轨、两个第一铰接支座、两个第一伸缩杆、分平台和一个第三铰接支座；两个第一导轨以对称的方式固定在定平台的上表面两端部位，并且垂直于定平台；两个第一铰接支座固定在定平台的一侧面两端部位，并且转动轴线垂直于底座的上表面；分平台的两端分别固定安装有一个第四铰接支座，每个第四铰接支座分别与一个第一伸缩杆一端相连而构成第一转动副，第一伸缩杆的另一端与一个第一铰接支座相连而构成第二转动副，并且第一转动副与第二转动副的转动轴线相互平行；定平台上两个第一伸缩杆为主动副，能够实现分平台相对定平台移动，使机构呈分体式结构；
动平台包括台板、一个第二铰接支座和两个第一球铰支座；第二铰接支座和两个第一球铰支座呈品字形固定在台板的底面上，并且第二铰接支座的转动轴线平行于两个第一球铰支座的中心连线；
第一支链与第二支链的结构完全相同且对称设置，均包括第一连杆、第一滑块、第一球铰和第二球铰；其中第一连杆的一端通过第一球铰与固定在动平台上的一个第一球铰支座相连，另一端通过第二球铰与固定在第一滑块上的第二球铰支座相接，第二球铰支座固定连接在第一滑块的表面；第一滑块以能够上下移动的方式安装在第一导轨上而构成第一移动副；
第三支链为第二连杆；第二连杆的一端与动平台上的第二铰接支座相连而构成第四转动副，另一端与定平台上的第三铰接支座相连而构成第三转动副。
所述的底座采用长方形板状结构。
所述的分平台采用三角板状结构。
本发明提供的分体式五自由度并联机构具有以下优点：
1、定平台采用分体式结构，分平台上设有三个主动副，保证了动平台运动特性，使驱动系统集中，可降低控制系统对动平台的影响，使并联机构模块化，降低机构批量维护难度。
2、本机构整体对称，并且采用多个球铰，增加了机构灵活性与各项同性，增加了机构运动性能。
3、采用分体式结构，增大了动平台的工作空间。
附图说明
图1为本发明提供的分体式五自由度并联机构结构示意图。
图2为本发明提供的分体式五自由度并联机构中定平台结构示意图。
图3为本发明提供的分体式五自由度并联机构中动平台结构示意图。
图4为本发明提供的分体式五自由度并联机构中第一支链和第二支链结构示意图。
图中：1、定平台；101、底座；102、第一导轨；103、第一铰接支座；2、动平台；201、台板；202、第一球铰支座；203、第二铰接支座；3、分平台；301、第三铰接支座；302、第四铰接支座；4、第一伸缩杆；5、第一转动副；6、第二转动副；7、第一连杆；8、第一球铰；9、第二球铰；10、第一滑块；1001、第二球铰支座；11、第一移动副；12、第二连杆；13、第三转动副；14、第四转动副；Ⅰ、第一支链；Ⅱ、第二支链；Ⅲ、第三支链。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的分体式五自由度并联机构进行详细说明。
如图1—图4所示，本发明提供的分体式五自由度并联机构包括定平台1、动平台2、第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ和第三支链Ⅲ；
其中，定平台1包括固定在地面上的底座101、两个第一导轨102、两个第一铰接支座103、两个第一伸缩杆4、分平台3和一个第三铰接支座301；两个第一导轨102以对称的方式固定在定平台1的上表面两端部位，并且垂直于定平台1；两个第一铰接支座103固定在定平台1的一侧面两端部位，并且转动轴线垂直于底座101的上表面；分平台3的两端分别固定安装有一个第四铰接支座302，每个第四铰接支座302分别与一个第一伸缩杆4一端相连而构成第一转动副5，第一伸缩杆4的另一端与一个第一铰接支座103相连而构成第二转动副6，并且第一转动副5与第二转动副6的转动轴线相互平行；定平台1上两个第一伸缩杆4为主动副，能够实现分平台3相对定平台1移动，使机构呈分体式结构；
动平台2包括台板201、一个第二铰接支座203和两个第一球铰支座202；第二铰接支座203和两个第一球铰支座202呈品字形固定在台板201的底面上，并且第二铰接支座203的转动轴线平行于两个第一球铰支座202的中心连线；
第一支链Ⅰ与第二支链Ⅱ的结构完全相同且对称设置，均包括第一连杆7、第一滑块10、第一球铰8和第二球铰9；其中第一连杆7的一端通过第一球铰8与固定在动平台2上的一个第一球铰支座202相连，另一端通过第二球铰9与固定在第一滑块10上的第二球铰支座1001相接，第二球铰支座1001固定连接在第一滑块10的表面；第一滑块10以能够上下移动的方式安装在第一导轨102上而构成第一移动副11；
第三支链Ⅲ为第二连杆12；第二连杆12的一端与动平台2上的第二铰接支座203相连而构成第四转动副14，另一端与定平台1上的第三铰接支座301相连而构成第三转动副13。
所述的底座101采用长方形板状结构。
所述的分平台3采用三角板状结构。
现以固定在底座101上第一导轨102的轴线方向作为z轴方向，以底座101的长边方向作为y轴方向，以底座101的短边方向作为x轴方向，对本发明提供的分体式五自由度并联机构的工作原理阐述如下：
本发明提供的分体式五自由度并联机构选取两个第一移动副11、两个第一伸缩杆4与第三转动副13作为主动副，两个第一伸缩杆4异向伸缩，配合其他主动副，可实现动平台2沿y轴的移动自由度；两个第一伸缩杆4同向伸缩，配合两个第一移动副11，可实现动平台2沿x轴的移动自由度；两个第一移动副11沿两个第一导轨102同向运动，配合其他主动副，可实现动平台2沿z轴的移动自由度；两个第一伸缩杆4异向伸缩，可使分平台3绕z轴转动，由此使动平台2获得绕z轴的转动自由度；锁定两个第一移动副11，两个第一伸缩杆4与第三转动副13相配合，可使分平台3沿x轴移动，由此使动平台2获得绕y轴的转动自由度；最终，动平台2可实现三个方向的移动自由度与绕y、z轴的转动自由度共五个自由度。

Claims (3)

1.一种分体式五自由度并联机构，其特征在于：所述并联机构包括定平台(1)、动平台(2)、第一支链(Ⅰ)、第二支链(Ⅱ)和第三支链(Ⅲ)；
其中，定平台(1)包括固定在地面上的底座(101)、两个第一导轨(102)、两个第一铰接支座(103)、两个第一伸缩杆(4)、分平台(3)和一个第三铰接支座(301)；两个第一导轨(102)以对称的方式固定在定平台(1)的上表面两端部位，并且垂直于定平台(1)；两个第一铰接支座(103)固定在定平台(1)的一侧面两端部位，并且转动轴线垂直于底座(101)的上表面；分平台(3)的两端分别固定安装有一个第四铰接支座(302)，每个第四铰接支座(302)分别与一个第一伸缩杆(4)一端相连而构成第一转动副(5)，第一伸缩杆(4)的另一端与一个第一铰接支座(103)相连而构成第二转动副(6)，并且第一转动副(5)与第二转动副(6)的转动轴线相互平行；定平台(1)上两个第一伸缩杆(4)为主动副，能够实现分平台(3)相对定平台(1)移动，使机构呈分体式结构；
动平台(2)包括台板(201)、一个第二铰接支座(203)和两个第一球铰支座(202)；第二铰接支座(203)和两个第一球铰支座(202)呈品字形固定在台板(201)的底面上，并且第二铰接支座(203)的转动轴线平行于两个第一球铰支座(202)的中心连线；
第一支链(Ⅰ)与第二支链(Ⅱ)的结构完全相同且对称设置，均包括第一连杆(7)、第一滑块(10)、第一球铰(8)和第二球铰(9)；其中第一连杆(7)的一端通过第一球铰(8)与固定在动平台(2)上的一个第一球铰支座(202)相连，另一端通过第二球铰(9)与固定在第一滑块(10)上的第二球铰支座(1001)相接，第二球铰支座(1001)固定连接在第一滑块(10)的表面；第一滑块(10)以能够上下移动的方式安装在第一导轨(102)上而构成第一移动副(11)；
第三支链(Ⅲ)为第二连杆(12)；第二连杆(12)的一端与动平台(2)上的第二铰接支座(203)相连而构成第四转动副(14)，另一端与定平台(1)上的第三铰接支座(301)相连而构成第三转动副(13)。
2.根据权利要求1所述的分体式五自由度并联机构，其特征在于：所述的底座(101)采用长方形板状结构。
3.根据权利要求1所述的分体式五自由度并联机构，其特征在于：所述的分平台(3)采用三角板状结构。
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