CN113211416B - 一种高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，包括定平台、设置与所述定平台顶部的动平台和连接于定平台与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链、第四支链；机构中包含七个移动副，七个移动副均为驱动副，在七个驱动副的驱动下，能够实现沿空间三个方向的移动自由度；由于引入冗余驱动，提高机构的稳定性和承载能力，扩大了有效工作空间；具有稳定性强，刚度高，控制简单，后期维护成本低等优点；引入冗余驱动，使得增大机构有效工作空间，提高了机构的刚度、增大了承载能力，优化了驱动器负载状况，提高力传递性能。在工业制造、医疗、军工领域有广泛的应用前景。

Description

一种高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构。

背景技术

高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构具有稳定性强，刚度高，控制简单，后期维护成本低等优点，在工业制造、医疗、军工领域有广泛的应用前景，可用于激光、数控精密加工机床、三维减震台、多维震动筛、三维坐标测量、火炮瞄准调姿、快递分拣等，尤其在物流行业，可作为成本低廉、刚度高、控制简单、后期维护成本低的快速分拣机器，用于代替价格日益提升的劳动力成本，且工作效率更高，可带来显著的经济效益，具有广阔的市场空间。

综上，提供一种高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，以解决上述现有技术存在的问题，由于引入冗余驱动，提高机构的承载能力、驱动稳定性、整体刚度等性能，消除了奇异位型，扩大了工作空间，增加了机构的可操作性等。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，包括定平台、设置与所述定平台顶部的动平台和连接于定平台与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链、第四支链；

其中所述第一支链包括第一支链第一虎克铰、第一支链第二虎克铰、第一支链连杆、第一支链移动副和第一支链滑块；所述第一支链连杆的的顶端通过第一支链第一虎克铰与动平台的首端连接，第一支链连杆的末端通过第一支链第二虎克铰与第一支链滑块的铰支座连接，所述第一支链滑块的底部通过第一支链移动副与所述定平台上的第一水平滑轨连接；

所述第二支链包括第二支链圆柱副、第二支链第一转动副、第二支链虎克铰、第二支链第一移动副、第二支链第二移动副、第二支链第二转动副、第二支链滑块、第二支链第一连杆、第二支链第二连杆和第二支链第三连杆；所述第二支链第一连杆的顶端通过第二支链圆柱副与动平台的一侧连接，第二支链第一连杆的中部和第二支链第三连杆的顶端通过第二支链第一转动副相连，第二支链第二连杆的末端通过第二支链第一移动副与第二支链第三连杆的顶端连接，第二支链第三连杆的底端通过第二支链第二转动副与所述定平台上的第一固定铰支座连接，所述第二支链第一连杆的底端通过第二支链虎克铰与所述第二支链滑块的铰链支座连接，所述第二支链滑块通过第二支链第二移动副与所述定平台上设置的第一竖向滑轨连接；

所述第三支链包括第三支链圆柱副、第三支链第一转动副、第三支链虎克铰、第三支链第一移动副、第三支链第二移动副、第三支链第二转动副、第三支链滑块、第三支链第一连杆、第三支链第二连杆和第三支链第三连杆；所述第三支链第一连杆的顶端通过第三支链圆柱副与动平台的另一侧连接，第三支链第一连杆的中部和第三支链第二连杆的顶端通过第三支链第一转动副连接，第三支链第二连杆的末端通过第三支链第一移动副与第三支链第三连杆的顶端相连，第三支链第三连杆的底端通过第三支链第二转动副与所述定平台上的第二固定铰支座连接，所述第三支链第一连杆的底端通过第三支链虎克铰与所述第三支链滑块的铰链支座连接，所述第三支链滑块通过第三支链第二移动副与所述定平台上设置的第二竖向滑轨连接；

所述第四支链包括第四支链第一移动副、第四支链转动副、第四支链虎克铰、第四支链第二移动副、第四支链第一滑块、第四支链连杆和第四支链第二滑块；所述第四支链第一滑块的顶端通过第四支链第一移动副与所述动平台底部设置的第二水平滑轨连接，所述第四支链第一滑块的铰支座和第四支链连杆的顶端通过第四支链转动副连接，所述第四支链连杆的末端通过第四支链虎克铰与第四支链第二滑块的铰支座相连，所述第四支链第二滑块通过第四支链第二移动副与所述定平台上的第三竖向滑轨连接。

优选地，所述动平台和所述定平台均为矩形平台。

优选地，所述第二支链圆柱副、所述第二支链第一转动副、第二支链第二转动副的轴线平行于所述第一支链移动副的轴线，所述第三支链圆柱副、所述第三支链圆柱副、所述第三支链第一转动副、第三支链第二转动副的轴线平行于所述第一支链移动副的轴线。

优选地，所述第二支链圆柱副、所述第二支链第一转动副、第二支链第二转动副的轴线垂直于第四支链第一移动副和第四支链第二移动副的轴线，所述第三支链圆柱副、所述第三支链圆柱副、所述第三支链第一转动副、第三支链第二转动副的轴线垂直于第四支链第一移动副和第四支链第二移动副的轴线。

优选地，所述第一支链第一虎克铰和第一支链第二虎克铰均含一个与定平台垂直的转动轴线，且不随着运动改变。

优选地，所述第一水平滑轨、第一竖向滑轨、第二竖向滑轨和固定于所述定平台的顶部，所述第二水平滑轨固定于所述动平台的底部，其中，所述第一竖向滑轨与所述第二竖向滑轨对称设置。

优选地，所述第二支链圆柱副、第二支链第一转动副和第二支链第二转动副三者在空间中两两相互平行，且与所述第二支链第一移动副、第二支链第二移动副垂直；所述第二支链虎克铰的两个转动轴线分别和第二支链圆柱副的轴线、第二支链第一移动副的移动方向平行。

优选地，所述第三支链圆柱副、第三支链第一转动副和第三支链第二转动副三者在空间中两两相互平行，且与所述第三支链第一移动副、第三支链第二移动副垂直；所述第三支链虎克铰的两个转动轴线分别和第三支链圆柱副的轴线、第三支链第一移动副的移动方向平行。

优选地，所述第四支链第一移动副的移动方向和第四支链转动副的转动轴线平行，且第四支链第一移动副和第四支链第二移动副相互垂直，第四支链虎克铰的两轴线和第四支链第二移动副的移动方向垂直。

优选地，所述第二支链第二移动副和所述第三支链第二移动副为电缸伸缩产生的移动副；所述第一支链移动副、第二支链第一移动副、第三支链第一移动副、第四支链第一移动副、第四支链第二移动副为电机驱动丝杠产生的移动副。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，为现有并联机构领域提供了新构型，七个移动副均为驱动副，在七个驱动副的驱动下，能够实现沿空间三个方向的移动自由度；由于引入冗余驱动，提高机构的稳定性和承载能力，扩大了有效工作空间；具有稳定性强，刚度高，控制简单，后期维护成本低等优点；引入冗余驱动，使得增大机构有效工作空间，提高了机构的刚度、增大了承载能力，优化了驱动器负载状况，提高力传递性能。在工业制造、医疗、军工领域有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构的第一视角的立体结构示意图；

图2为本发明中高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构的第二视角的立体结构示意图；

图3为本发明中高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构的第三视角的立体结构示意图；

图4为本发明中高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构的第四视角的立体结构示意图；

图5为本发明中高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构的正视图；

图中：1-1为第一支链第一十字轴，1-2为第一支链连杆，1-3为第一支链第二十字轴，1-4为第一支链滑块，1A为第一支链第一虎克铰，1B为第一支链第二虎克铰，1C为第一支链移动副；2-1为第二支链滑块，2-2为第二支链十字轴，2-3为第二支链第一连杆，2-4为第二支链第二连杆，2-5为第二支链第三连杆，2A为第二支链圆柱副，2B为第二支链第一转动副，2C为第二支链虎克铰，2D为第二支链第一移动副，2E为第二支链第二移动副，2F为第二支链第二转动副；3-1为第三支链滑块，3-2为第三支链十字轴，3-3为第三支链第一连杆，3-4为第三支链第二连杆，3-5为第三支链第三连杆，3A为第三支链圆柱副，3B为第三支链第一转动副，3C为第三支链虎克铰，3D为第三支链第一移动副，3E为第三支链第二移动副，3F为第三支链第二转动副；4-1为第四支链第一滑块，4-2为第四支链连杆，4-3为第四支链十字轴，4-4为第四支链第二滑块，4A为第四支链第一移动副，4B为第四支链转动副，4C为第四支链虎克铰，4D为第四支链第二移动副；5为定平台，6为动平台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例中的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，如图1-5所示，包括定平台5、设置与定平台5顶部的动平台6和连接于定平台5与动平台6之间的第一支链、第二支链、第三支链、第四支链；

其中第一支链包括第一支链第一虎克铰1A、第一支链第二虎克铰1B、第一支链连杆1-2、第一支链移动副1C和第一支链滑块1-4；第一支链连杆1-2的的顶端通过第一支链第一虎克铰1A与动平台6的首端连接，第一支链连杆1-2的末端通过第一支链第二虎克铰1B与第一支链滑块1-4的铰支座连接，第一支链滑块1-4的底部通过第一支链移动副1C与定平台5上的第一水平滑轨连接；

第二支链包括第二支链圆柱副2A、第二支链第一转动副2B、第二支链虎克铰2C、第二支链第一移动副2D、第二支链第二移动副2E、第二支链第二转动副2F、第二支链滑块2-1、第二支链第一连杆2-3、第二支链第二连杆2-4和第二支链第三连杆2-5；第二支链第一连杆2-3的顶端通过第二支链圆柱副2A与动平台6的一侧连接，第二支链第一连杆2-3的中部和第二支链第三连杆2-5的顶端通过第二支链第一转动副2B相连，第二支链第二连杆2-4的末端通过第二支链第一移动副2D与第二支链第三连杆2-5的顶端连接，第二支链第三连杆2-5的底端通过第二支链第二转动副2F与定平台5上的第一固定铰支座连接，第二支链第一连杆2-3的底端通过第二支链虎克铰2C与第二支链滑块2-1的铰链支座连接，第二支链滑块2-1通过第二支链第二移动副2E与定平台5上设置的第一竖向滑轨连接；

第三支链包括第三支链圆柱副3A、第三支链第一转动副3B、第三支链虎克铰3C、第三支链第一移动副3D、第三支链第二移动副3E、第三支链第二转动副3F、第三支链滑块3-1、第三支链第一连杆3-3、第三支链第二连杆3-4和第三支链第三连杆3-5；第三支链第一连杆3-3的顶端通过第三支链圆柱副3A与动平台6的另一侧连接，第三支链第一连杆3-3的中部和第三支链第二连杆3-4的顶端通过第三支链第一转动副3B连接，第三支链第二连杆3-4的末端通过第三支链第一移动副3D与第三支链第三连杆3-5的顶端相连，第三支链第三连杆3-5的底端通过第三支链第二转动副3F与定平台5上的第二固定铰支座连接，第三支链第一连杆3-3的底端通过第三支链虎克铰3C与第三支链滑块3-1的铰链支座连接，第三支链滑块3-1通过第三支链第二移动副3E与定平台5上设置的第二竖向滑轨连接；

第四支链包括第四支链第一移动副4A、第四支链转动副4B、第四支链虎克铰4C、第四支链第二移动副4D、第四支链第一滑块4-1、第四支链连杆4-2和第四支链第二滑块4-4；第四支链第一滑块4-1的顶端通过第四支链第一移动副4A与动平台6底部设置的第二水平滑轨连接，第四支链第一滑块4-1的铰支座和第四支链连杆4-2的顶端通过第四支链转动副4B连接，第四支链连杆4-2的末端通过第四支链虎克铰4C与第四支链第二滑块4-4的铰支座相连，第四支链第二滑块4-4通过第四支链第二移动副4D与定平台5上的第三竖向滑轨连接。

于本具体实施例中，动平台6和定平台5均为矩形平台。

于本具体实施例中，第二支链圆柱副2A、第二支链第一转动副2B、第二支链第二转动副2F的轴线平行于第一支链移动副1C的轴线，第三支链圆柱副3A、第三支链圆柱副3A、第三支链第一转动副3B、第三支链第二转动副3F的轴线平行于第一支链移动副1C的轴线。

于本具体实施例中，第二支链圆柱副2A、第二支链第一转动副2B、第二支链第二转动副2F的轴线垂直于第四支链第一移动副4A和第四支链第二移动副4D的轴线，第三支链圆柱副3A、第三支链圆柱副3A、第三支链第一转动副3B、第三支链第二转动副3F的轴线垂直于第四支链第一移动副4A和第四支链第二移动副4D的轴。

于本具体实施例中，第一支链第一虎克铰1A和第一支链第二虎克铰1B均含一个与定平台5垂直的转动轴线，且不随着运动改变。

于本具体实施例中，第一水平滑轨、第一竖向滑轨、第二竖向滑轨和固定于定平台5的顶部，第二水平滑轨固定于动平台6的底部，其中，第一竖向滑轨与第二竖向滑轨对称设置。

于本具体实施例中，第二支链圆柱副2A、第二支链第一转动副2B和第二支链第二转动副2F三者在空间中两两相互平行，且与第二支链第一移动副2D、第二支链第二移动副2E垂直；第二支链虎克铰2C的两个转动轴线分别和第二支链圆柱副2A的轴线、第二支链第一移动副2D的移动方向平行。

于本具体实施例中，第三支链圆柱副3A、第三支链第一转动副3B和第三支链第二转动副3F三者在空间中两两相互平行，且与第三支链第一移动副3D、第三支链第二移动副3E垂直；第三支链虎克铰3C的两个转动轴线分别和第三支链圆柱副3A的轴线、第三支链第一移动副3D的移动方向平行。

于本具体实施例中，第四支链第一移动副4A的移动方向和第四支链转动副4B的转动轴线平行，且第四支链第一移动副4A和第四支链第二移动副4D相互垂直，第四支链虎克铰4C的两轴线和第四支链第二移动副4D的移动方向垂直。

于本具体实施例中，第二支链第二移动副2E和第三支链第二移动副3E为电缸伸缩产生的移动副，具体地，第二支链第二连杆2-4、第三支链第二连杆3-4可以为伸缩杆，而第二支链第三连杆2-5、第三支链第三连杆3-5则分别位驱动两连杆的电缸；第一支链移动副1C、第二支链第一移动副2D、第三支链第一移动副3D、第四支链第一移动副4A、第四支链第二移动副4D为电机驱动丝杠产生的移动副，具体地，各移动副所在的滑轨上设置电机驱动的丝杠，各移动副所在的滑块与丝杠配个连接，实现位移。

本实施例中的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，七个移动副均为驱动副，均选用电缸或丝杆电机驱动，在七个驱动副的驱动下，本发明能够实现沿空间三个方向的移动自由度。由于引入冗余驱动，提高机构的稳定性和承载能力，扩大了有效工作空间。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：包括定平台、设置与所述定平台顶部的动平台和连接于定平台与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链、第四支链；

其中所述第一支链包括第一支链第一虎克铰、第一支链第二虎克铰、第一支链连杆、第一支链移动副和第一支链滑块；所述第一支链连杆的的顶端通过第一支链第一虎克铰与动平台的首端连接，第一支链连杆的末端通过第一支链第二虎克铰与第一支链滑块的铰支座连接，所述第一支链滑块的底部通过第一支链移动副与所述定平台上的第一水平滑轨连接；

所述第二支链包括第二支链圆柱副、第二支链第一转动副、第二支链虎克铰、第二支链第一移动副、第二支链第二移动副、第二支链第二转动副、第二支链滑块、第二支链第一连杆、第二支链第二连杆和第二支链第三连杆；所述第二支链第一连杆的顶端通过第二支链圆柱副与动平台的一侧连接，第二支链第一连杆的中部和第二支链第三连杆的顶端通过第二支链第一转动副相连，第二支链第二连杆的末端通过第二支链第一移动副与第二支链第三连杆的顶端连接，第二支链第三连杆的底端通过第二支链第二转动副与所述定平台上的第一固定铰支座连接，所述第二支链第一连杆的底端通过第二支链虎克铰与所述第二支链滑块的铰链支座连接，所述第二支链滑块通过第二支链第二移动副与所述定平台上设置的第一竖向滑轨连接；

所述第三支链包括第三支链圆柱副、第三支链第一转动副、第三支链虎克铰、第三支链第一移动副、第三支链第二移动副、第三支链第二转动副、第三支链滑块、第三支链第一连杆、第三支链第二连杆和第三支链第三连杆；所述第三支链第一连杆的顶端通过第三支链圆柱副与动平台的另一侧连接，第三支链第一连杆的中部和第三支链第二连杆的顶端通过第三支链第一转动副连接，第三支链第二连杆的末端通过第三支链第一移动副与第三支链第三连杆的顶端相连，第三支链第三连杆的底端通过第三支链第二转动副与所述定平台上的第二固定铰支座连接，所述第三支链第一连杆的底端通过第三支链虎克铰与所述第三支链滑块的铰链支座连接，所述第三支链滑块通过第三支链第二移动副与所述定平台上设置的第二竖向滑轨连接；

所述第四支链包括第四支链第一移动副、第四支链转动副、第四支链虎克铰、第四支链第二移动副、第四支链第一滑块、第四支链连杆和第四支链第二滑块；所述第四支链第一滑块的顶端通过第四支链第一移动副与所述动平台底部设置的第二水平滑轨连接，所述第四支链第一滑块的铰支座和第四支链连杆的顶端通过第四支链转动副连接，所述第四支链连杆的末端通过第四支链虎克铰与第四支链第二滑块的铰支座相连，所述第四支链第二滑块通过第四支链第二移动副与所述定平台上的第三竖向滑轨连接。

2.根据权利要求1所述的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述动平台和所述定平台均为矩形平台。

3.根据权利要求1所述的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第二支链圆柱副、所述第二支链第一转动副、第二支链第二转动副的轴线平行于所述第一支链移动副的轴线，所述第三支链圆柱副、所述第三支链圆柱副、所述第三支链第一转动副、第三支链第二转动副的轴线平行于所述第一支链移动副的轴线。

4.根据权利要求1所述的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第二支链圆柱副、所述第二支链第一转动副、第二支链第二转动副的轴线垂直于第四支链第一移动副和第四支链第二移动副的轴线，所述第三支链圆柱副、所述第三支链圆柱副、所述第三支链第一转动副、第三支链第二转动副的轴线垂直于第四支链第一移动副和第四支链第二移动副的轴线。

5.根据权利要求1所述的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第一支链第一虎克铰和第一支链第二虎克铰均含一个与定平台垂直的转动轴线，且不随着运动改变。

6.根据权利要求1所述的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第一水平滑轨、第一竖向滑轨、第二竖向滑轨和固定于所述定平台的顶部，所述第二水平滑轨固定于所述动平台的底部，其中，所述第一竖向滑轨与所述第二竖向滑轨对称设置。

7.根据权利要求1所述的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第二支链圆柱副、第二支链第一转动副和第二支链第二转动副三者在空间中两两相互平行，且与所述第二支链第一移动副、第二支链第二移动副垂直；所述第二支链虎克铰的两个转动轴线分别和第二支链圆柱副的轴线、第二支链第一移动副的移动方向平行。

8.根据权利要求1所述的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第三支链圆柱副、第三支链第一转动副和第三支链第二转动副三者在空间中两两相互平行，且与所述第三支链第一移动副、第三支链第二移动副垂直；所述第三支链虎克铰的两个转动轴线分别和第三支链圆柱副的轴线、第三支链第一移动副的移动方向平行。

9.根据权利要求1所述的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第四支链第一移动副的移动方向和第四支链转动副的转动轴线平行，且第四支链第一移动副和第四支链第二移动副相互垂直，第四支链虎克铰的两轴线和第四支链第二移动副的移动方向垂直。

10.根据权利要求1所述的高刚度非对称三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第二支链第二移动副和所述第三支链第二移动副为电缸伸缩产生的移动副；所述第一支链移动副、第二支链第一移动副、第三支链第一移动副、第四支链第一移动副、第四支链第二移动副为电机驱动丝杠产生的移动副。

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