CN112975911A - 两平动自由度并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两平动自由度并联机构，包括固定架、动平台以及布置在固定架与动平台之间的两可伸缩支链和一个中间支链；两个可伸缩支链通过转动副直接或间接与动平台连接；中间支链包括至少一组等长连杆，每组包括平行的两条连杆，每组等长连杆的一端通过转动副与中间连接件连接；两个可伸缩支链与固定架及与动平台之间的转动副的轴线平行；由电机驱动两个可伸缩支链伸长或缩短使得动平台在平面内运动，并通过连接在固定架与动平台之间的中间支链限制动平台转动，实现动平台二维平动运动。本发明结构简单、易于高刚度设计；中间支链的连杆主要承受拉压力，易于轻量化设计；整机承载力高，有效降低了机构运动部件质量和制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一类两平动自由度并联机构。
背景技术
申请公布号为CN108544471A，申请公布日为2018年9月18日的专利文献中披露了一种大工作空间的二维平动并联机构，但该机构包含两组平行双联同步伸缩杆，导致其运动部件质量较大，难以提高运行速度。此外，双联同步伸缩杆对结构精度要求较高，增加了零件制造与装配成本。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提出的一种两平动自由度并联机构予以实现的技术方案是：该两平动自由度并联机构包括固定架、动平台以及布置在所述固定架与动平台之间的两可伸缩支链和一个中间支链；两个可伸缩支链的结构相同，每个可伸缩支链包含导向块和伸缩杆，所述导向块通过移动副与所述伸缩杆连接，所述导向块通过转动副与所述固定架连接，所述伸缩杆上设有丝杠，所述导向块上固定有螺母，所述丝杠与所述螺母通过螺旋副连接，所述伸缩杆的一端设有用于驱动所述丝杠的电机；两个可伸缩支链通过转动副直接或间接与所述动平台连接；所述中间支链包括一组或两组等长连杆，每组等长连杆包括平行的两条连杆，每组等长连杆的一端分别通过转动副与中间连接件连接；而且：所述中间支链包括一组等长连杆时，所述的中间连接件通过移动副与所述固定架连接，该组等长连杆的另一端分别通过转动副与所述动平台连接，或该组等长连杆的另一端经连接杆连接后并通过转动副与所述动平台连接；所述中间支链包括两组等长连杆时，其中一组等长连杆的另一端分别通过转动副与所述固定架连接，另一组等长连杆的另一端分别通过转动副与所述动平台连接；所述导向块与所述固定架之间的转动副的轴线、两个可伸缩支链与所述动平台之间的转动副的轴线平行；两个可伸缩支链中的电机分别驱动一个丝杠转动，使得两个可伸缩支链伸长或缩短，带动所述动平台在平面内运动，并通过连接在所述固定架与动平台之间的中间支链限制所述动平台转动，实现动平台二维平动运动。
进一步讲，本发明所述的两平动自由度并联机构，其中：
两个可伸缩支链直接与所述动平台转动连接的结构是：两个可伸缩支链中的伸缩杆的另一端分别通过转动副A1和转动副A2与所述动平台连接；所述转动副A1的轴线和转动副A2的轴线平行或是轴线重合。
两个可伸缩支链间接与所述动平台转动连接的结构是：一个可伸缩支链中的伸缩杆与另一个可伸缩支链中的伸缩杆或导向块通过转动副A3连接后，再通过转动副A4与所述动平台连接，所述转动副A3的轴线和转动副A4的轴线平行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
两条可伸缩支链结构简单、易于高刚度设计；平行四边形中间支链的连杆主要承受拉压力，易于轻量化设计；整机承载力高，有效降低了机构运动部件质量和制造成本。
附图说明
图1为本发明两平动自由度并联机构的结构形式一的示意图；
图2为本发明两平动自由度并联机构的结构形式二的示意图；
图3为本发明两平动自由度并联机构的结构形式三的示意图；
图4为本发明两平动自由度并联机构的结构形式四的示意图；
图5为本发明两平动自由度并联机构的结构形式五的示意图；
图6为本发明两平动自由度并联机构的结构形式六的示意图；
图7为本发明两平动自由度并联机构的结构形式七的示意图；
图8为本发明两平动自由度并联机构的结构形式八的示意图；
图9为本发明中的第一或第二可伸缩支链的结构形式一的示意图；
图10为本发明中的第一可伸缩支链的结构形式二的示意图；
图11为本发明中的第二可伸缩支链的结构形式二的示意图；
图12为本发明中的中间支链结构形式一的示意图；
图13为本发明中的中间支链结构形式二的示意图；
图14为本发明中的中间支链结构形式三的示意图；
图15为本发明中的中间支链结构形式四的示意图；
图16为本发明中的中间支链结构形式五的示意图。
图中：1-固定架，2-第一可伸缩支链，3-第二可伸缩支链，4-中间支链，5-动平台，6-导向块，7-伸缩杆，8-驱动电机，9-丝杠，10-螺母，11-中间连接件，12a-连杆A，12b-连杆B，13a-连杆C，13b-连杆D，14a-连接轴A，14b-连接轴B，15a-连接杆A，15b-连接杆B。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“A”、“B”、“C”、“D”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
本发明提出的一种两平动自由度并联机构，包括固定架1、动平台5以及布置在所述固定架1与动平台5之间的两可伸缩支链和一个中间支链4，如图1所示。
本发明中，两个可伸缩支链的结构相同，每个可伸缩支链包含导向块6和伸缩杆7，所述导向块6通过移动副与所述伸缩杆7连接，所述导向块6通过转动副与所述固定架1连接，所述伸缩杆7上设有丝杠9，所述导向块6上固定有螺母10，所述丝杠9与所述螺母10通过螺旋副连接，所述伸缩杆7的一端设有用于驱动所述丝杠9的电机8，如图9所示；两个可伸缩支链通过转动副直接或间接与所述动平台5连接。
两个可伸缩支链直接与所述动平台5转动连接的结构是：两个可伸缩支链中的伸缩杆7的另一端分别通过转动副A1和转动副A2与所述动平台5连接；所述转动副A1的轴线和转动副A2的轴线平行，如图2所示；或是所述转动副A1的轴线和转动副A2的轴线重合，如图1、图4、图6、图7所示。
两个可伸缩支链间接与所述动平台5转动连接的结构是：两个可伸缩支链中的伸缩杆7通过转动副A3连接后，再通过转动副A4与所述动平台5连接，所述转动副A3的轴线和转动副A4的轴线平行，如图3和图5所示。或者，第一可伸缩支链2的结构形式如图10所示，第二可伸缩支链3的结构形式如图11所示，在第一可伸缩支链2的导向块6的两侧设有轴孔61，在第二可伸缩支链3的伸缩杆7的底端设计为插口形状71，并在插口形状71的两侧壁上设有轴头72，如图8所示，第一可伸缩支链2通过由轴孔61和轴头72形成的转动副A3与第二可伸缩支链3转动连接；所述动平台5上设有轴孔，所述第一可伸缩支链2的伸缩杆的端部设有连接轴，从而形成了转动副A4，且该转动副A4与转动副A3的轴线平行，第一可伸缩支链2和第二可伸缩支链3通过转动副A3连接后再通过转动副A4与动平台5连接。
本发明中，所述的中间支链4包括一组或两组等长连杆，每组等长连杆包括平行的两条连杆，每组等长连杆的一端分别通过转动副与中间连接件连接。
所述中间支链包括一组等长连杆时，所述的中间连接件通过移动副与所述固定架1连接，该组等长连杆的另一端分别通过转动副与所述动平台5连接，如图16、图7和图8所示。或该组等长连杆的另一端经连接杆连接后并通过转动副与所述动平台5连接，如图15所示。本发明中，所述中间支链4包括一组等长连杆，该组等长连杆的另一端经连接杆连接后并通过转动副与所述动平台5连接的结构是：包括连接杆A 15a和连接杆B15b，该组等长连杆中的两条连杆的另一端分别通过转动副与所述连接杆A15a的两端连接，所述第一可伸缩支链2的所述伸缩杆7通过转动副连接至所述连接杆A15a的一端，所述连接杆A15a的另一端通过转动副与所述连接杆B15b的一端连接，所述连接杆B15b的另一端通过转动副与所述动平台5连接，且保证所述连接杆B15b平行于所述伸缩杆7，如图15和图6所示。
所述中间支链包括两组等长连杆时，其中一组等长连杆的另一端分别通过转动副与所述固定架1连接，另一组等长连杆的另一端分别通过转动副与所述动平台5连接。本发明中，所述中间支链4包括的两组等长连杆分别记为第一组等长连杆和第二组等长连杆，第一组等长连杆包括的两条连杆为连杆A 12a和连杆B 12b，第二组等长连杆包括的两条连杆为连杆C 13a和连杆D 13b；所述连杆A 12a和连杆C 13a的一端通过转动副连接至所述中间连接件的一端，所述连杆B 12b和连杆D 13b通过转动副连接至所述中间连接件的另一端。所述连杆A1 2a与所述中间连接件之间转动副的轴线与连杆C 13a与所述中间连接件之间的转动副的轴线重合；所述连杆B 12b与所述中间连接件之间转动副的轴线与连杆D 13b与所述中间连接件之间的转动副的轴线平行，如图12、图1、图2、图3所示。所述连杆A 12a与所述中间连接件之间转动副的轴线与连杆D 13b与所述中间连接件之间的转动副的轴线重合，所述连杆B 12b与所述中间连接件之间转动副的轴线与连杆C 13a与所述中间连接件之间的转动副的轴线重合，如图14和图5所示。所述中间连接件包括第一连接块11a和第二连接块11b，如图13所示，所述第一连接块11a和第二连接块11b通过转动副连接；所述连杆A和连杆B的一端与所述第一连接块11a通过转动副连接，所述连杆A和连杆B的另一端通过转动副与连接轴A14a连接，所述连接轴A14a通过转动副连接至所述固定架1；所述连杆C和连杆D的一端与所述第二连接块11b通过转动副连接，所述连杆C和连杆D的另一端通过转动副与连接轴B14b连接，所述连接轴B14b通过转动副连接至所述动平台5，如图4所示。
本发明中，所述导向块6与所述固定架1之间的转动副的轴线、两个可伸缩支链与所述动平台5之间的转动副的轴线平行，两个可伸缩支链中的电机8分别驱动一个丝杠9转动，使得两个可伸缩支链伸长或缩短，带动所述动平台5在平面内运动，并通过连接在所述固定架1与动平台5之间的中间支链4限制所述动平台5转动，实现动平台5二维平动运动，如图1至图8所示。
实施例1：如图1所示，该两平动自由度并联机构包括固定架1、动平台5以及布置在所述固定架1与动平台5之间两个可伸缩支链和中间支链4，两个可伸缩支链分别记为第一可伸缩支链2和第二可伸缩支链3。所述第一可伸缩支链2和所述第二可伸缩支链3均包含导向块6、伸缩杆7、丝杠9、螺母10以及驱动电机8，如图9所示。所述导向块6通过转动副与所述固定架1连接，并通过移动副与所述伸缩杆7连接。所述丝杠9与所述伸缩杆7连接，所述螺母10与所述导向块6连接，且所述丝杠9与所述螺母10通过螺旋副连接。所述驱动电机8固连于所述伸缩杆7，且所述驱动电机8输出端与所述丝杠9一端固连。所述伸缩杆7另一端通过转动副与所述动平台5连接。所述第一可伸缩支链2和所述第二可伸缩支链3中与所述固定架1和所述动平台5连接的转动副轴线重合。如图12所示，本实施例中所述的中间支链4由两组等长连杆A 12a和连杆B 12b及连杆C 13a和连杆D 13b和中间连接件11组成。一组等长连杆(连杆A 12a、连杆B 12b)的一端通过转动副与所述中间连接件11连接，另一端通过转动副与所述固定架1连接，且保证连杆A 12a、连杆B 12b等长并平行。另一组等长连杆(连杆C13a和连杆D 13b)的一端通过转动副与所述中间连接件11连接，另一端通过转动副与所述动平台5连接，且保证连杆C 13a和连杆D 13b等长并平行。所述连杆A 12a与所述中间连接件之间转动副的轴线与连杆C 13a与所述中间连接件之间的转动副的轴线重合；所述连杆B12b与所述中间连接件之间转动副的轴线与连杆D 13b与所述中间连接件之间的转动副的轴线平行。
实施例2：本实施例与实施例1的不同仅为，所述第一可伸缩支链2和所述第二可伸缩支链3的所述伸缩杆7与所述动平台5连接的转动副轴线可以不重合，但必须是平行的，如图2所示。
实施例3：本实施例与实施例1的不同仅为，两个可伸缩支链中的伸缩杆7通过转动副连接后，再通过另一转动副与所述动平台5连接，两个转动副的轴线平行，如图3所示。
实施例4：本实施例与实施例1的不同仅为，本实施例中所述的中间支链4的结构如图13所示，所述中间连接件包括第一连接块11a和第二连接块11b，所述第一连接块11a和第二连接块11b通过转动副连接；所述连杆A和连杆B的一端与所述第一连接块11a通过转动副连接，所述连杆A和连杆B的另一端通过转动副与连接轴A14a连接，所述连接轴A14a通过转动副连接至所述固定架1；所述连杆C和连杆D的一端与所述第二连接块11b通过转动副连接，所述连杆C和连杆D的另一端通过转动副与连接轴B14b连接，所述连接轴B14b通过转动副连接至所述动平台5，如图4所示。
实施例5：本实施例与实施例3的不同仅为，本实施例中所述的中间支链4的结构如图14所示，所述中间支链4中的所述连杆A 12a、连杆B 12b、连杆C 13a和连杆D 13b的一端均分别通过转动副连接至所述中间连接件，所述连杆A 12a与所述中间连接件11之间转动副的轴线与连杆D 13b与所述中间连接件11之间的转动副的轴线重合；所述连杆B 12b与所述中间连接件之间转动副的轴线与连杆C 13a与所述中间连接件11之间的转动副的轴线重合。所述连杆A 12a和连杆B 12b的另一端分别通过转动副与所述固定架1连接，所述连杆C13a和连杆D 13b的另一端分别通过转动副与所述动平台5连接，如图5所示。
实施例6：本实施例与实施例1的不同仅为，本实施例中所述的中间支链4的结构如图15所示，所述中间支链4由一组等长连杆构成，包括连杆A 12a和连杆B 12b，连杆A 12a和连杆B12b的一端分别通过转动副与中间连接件11连接，另一端分别通过转动副与所述连接杆A15a的两端连接，所述第一可伸缩支链2的所述伸缩杆7通过转动副连接至所述连接杆A15a的一端，所述连接杆A15a的另一端通过转动副与所述连接杆B15b的一端连接，所述连接杆15b的另一端通过转动副与所述动平台5连接，且保证所述连接杆B15b平行于所述伸缩杆7，如图6所示。
实施例7：本实施例与实施例6的不同仅为，本实施例中所述的中间支链4的结构如图16所示，连杆A 12a和连杆B12b的一端分别通过转动副与中间连接件11连接，另一端分别通过转动副直接与所述动平台5连接，如图7所示。
实施例8：本实施例与实施例7中的所述中间支链4的结构相同，不同的是：第一可伸缩支链2的结构形式如图10所示，第二可伸缩支链3的结构形式如图11所示，在第一可伸缩支链2的导向块6的两侧设有轴孔61，在第二可伸缩支链3的伸缩杆7的底端设计为插口形状71，并在插口形状71的两侧壁上设有轴头72，第一可伸缩支链2通过由轴孔61和轴头72形成的转动副A3与第二可伸缩支链3转动连接；所述动平台5上设有轴孔，所述第一可伸缩支链2的伸缩杆的端部设有连接轴，从而形成了转动副A4，且该转动副A4与转动副A3的轴线平行，第一可伸缩支链2和第二可伸缩支链3通过转动副A3连接后再通过转动副A4与动平台5连接，如图8所示。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：两条可伸缩支链结构简单、易于高刚度设计；平行四边形中间支链的连杆主要承受拉压力，易于轻量化设计；整机承载力高，有效降低了机构运动部件质量和制造成本。本发明中的可伸缩支链结构具有承载大变形小优势，使用丝杠副驱动有利于保证机构的刚度及定位精度，传动链短，整体结构简单紧凑，有利于精度保持。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种两平动自由度并联机构，包括固定架(1)、动平台(5)以及布置在所述固定架(1)与动平台(5)之间的两可伸缩支链和一个中间支链(4)；其特征在于，
两个可伸缩支链的结构相同，每个可伸缩支链包含导向块(6)和伸缩杆(7)，所述导向块(6)通过移动副与所述伸缩杆(7)连接，所述导向块(6)通过转动副与所述固定架(1)连接，所述伸缩杆(7)上设有丝杠(9)，所述导向块(6)上固定有螺母(10)，所述丝杠(9)与所述螺母(10)通过螺旋副连接，所述伸缩杆(7)的一端设有用于驱动所述丝杠(9)的电机(8)；
两个可伸缩支链通过转动副直接或间接与所述动平台(5)连接；
所述中间支链(4)包括一组或两组等长连杆，每组等长连杆包括平行的两条连杆，每组等长连杆的一端分别通过转动副与中间连接件连接；而且：
所述中间支链包括一组等长连杆时，所述的中间连接件通过移动副与所述固定架(1)连接，该组等长连杆的另一端分别通过转动副与所述动平台(5)连接，或该组等长连杆的另一端经连接杆连接后并通过转动副与所述动平台(5)连接；
所述中间支链包括两组等长连杆时，其中一组等长连杆的另一端分别通过转动副与所述固定架(1)连接，另一组等长连杆的另一端分别通过转动副与所述动平台(5)连接；
所述导向块(6)与所述固定架(1)之间的转动副的轴线、两个可伸缩支链与所述动平台(5)之间的转动副的轴线平行；
两个可伸缩支链中的电机(8)分别驱动一个丝杠(9)转动，使得两个可伸缩支链伸长或缩短，带动所述动平台(5)在平面内运动，并通过连接在所述固定架(1)与动平台(5)之间的中间支链(4)限制所述动平台(5)转动，实现动平台(5)二维平动运动。
2.根据权利要求1所述的两平动自由度并联机构，其特征在于，两个可伸缩支链直接与所述动平台(5)转动连接的结构是：两个可伸缩支链中的伸缩杆(7)的另一端分别通过转动副A1和转动副A2与所述动平台(5)连接。
3.根据权利要求2所述的两平动自由度并联机构，其特征在于，所述转动副A1的轴线和转动副A2的轴线平行。
4.根据权利要求2所述的两平动自由度并联机构，其特征在于，所述转动副A1的轴线和转动副A2的轴线重合。
5.根据权利要求1所述的两平动自由度并联机构，其特征在于，两个可伸缩支链间接与所述动平台(5)转动连接的结构是：一个可伸缩支链中的伸缩杆(7)与另一个可伸缩支链中的伸缩杆(7)或者导向块(6)通过转动副A3连接后，再通过转动副A4与所述动平台(5)连接，所述转动副A3的轴线和转动副A4的轴线平行。
6.根据权利要求1所述的两平动自由度并联机构，其特征在于，所述中间支链(4)包括的两组等长连杆分别记为第一组等长连杆和第二组等长连杆，第一组等长连杆包括的两条连杆为连杆A(12a)和连杆B(12b)，第二组等长连杆包括的两条连杆为连杆C(13a)和连杆D(13b)；所述连杆A(12a)和连杆C(13a)的一端通过转动副连接至所述中间连接件的一端，所述连杆B(12b)和连杆D(13b)通过转动副连接至所述中间连接件的另一端。
7.根据权利要求6所述的两平动自由度并联机构，其特征在于，所述连杆A(12a)与所述中间连接件之间转动副的轴线与连杆C(13a)与所述中间连接件之间的转动副的轴线重合；所述连杆B(12b)与所述中间连接件之间转动副的轴线与连杆D(13b)与所述中间连接件之间的转动副的轴线平行。
8.根据权利要求6所述的两平动自由度并联机构，其特征在于，所述连杆A(12a)与所述中间连接件之间转动副的轴线与连杆D(13b)与所述中间连接件之间的转动副的轴线重合；所述连杆B(12b)与所述中间连接件之间转动副的轴线与连杆C(13a)与所述中间连接件之间的转动副的轴线重合。
9.根据权利要求6所述的两平动自由度并联机构，其特征在于，所述中间连接件包括第一连接块(11a)和第二连接块(11b)，所述第一连接块(11a)和第二连接块(11b)通过转动副连接；所述连杆A(12a)和连杆B(12b)的一端与所述第一连接块(11a)通过转动副连接，所述连杆A(12a)和连杆B(12b)的另一端通过转动副与连接轴A(14a)连接，所述连接轴A(14a)通过转动副连接至所述固定架(1)；所述连杆C(13a)和连杆D(13b)的一端与所述第二连接块(11b)通过转动副连接，所述连杆C(13a)和连杆D(13b)的另一端通过转动副与连接轴B(14b)连接，所述连接轴B(14b)通过转动副连接至所述动平台(5)。
10.根据权利要求1所述的两平动自由度并联机构，其特征在于，所述的两个可伸缩支链分别记为第一可伸缩支链(2)和第二可伸缩支链(3)；所述中间支链(4)包括一组等长连杆，该组等长连杆的另一端经连接杆连接后并通过转动副与所述动平台(5)连接的结构是：包括连接杆A和连接杆B，该组等长连杆中的两条连杆的另一端分别通过转动副与所述连接杆A(15a)的两端连接，所述第一可伸缩支链(2)的所述伸缩杆(7)通过转动副连接至所述连接杆A(15a)的一端，所述连接杆A(15a)的另一端通过转动副与所述连接杆B(15b)的一端连接，所述连接杆(15b)的另一端通过转动副与所述动平台(5)连接，且保证所述连接杆B(15b)平行于所述伸缩杆(7)。
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112975911A true CN112975911A (zh) | 2021-06-18 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110243665.5A Pending CN112975911A (zh) | 2021-03-05 | 2021-03-05 | 两平动自由度并联机构 |
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| Country | Link |
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| CN (1) | CN112975911A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113319826A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-08-31 | 天津大学 | 一种含闭环支链三自由度并联机构 |
| CN113319829A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-08-31 | 天津大学 | 一种高刚度运动解耦三平动并联机构 |
-
2021
- 2021-03-05 CN CN202110243665.5A patent/CN112975911A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN113319826A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-08-31 | 天津大学 | 一种含闭环支链三自由度并联机构 |
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