CN113211418A - 一种两转一移并联机构及机械设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两转一移并联机构及机械设备，两转一移并联机构包括动平台、基座、第一运动支链和第二运动支链，第一运动支链包括第一驱动移动副、连接件和转动链，连接件的一端通过第一驱动移动副与基座可移动地连接，相对端通过转动链与动平台可转动地连接；第二运动支链包括第二驱动移动副、第三驱动移动副、球铰和被动移动副，第三驱动移动副的一端通过第二驱动移动副与基座可移动地连接，相对端与球铰的一端相连，球铰的另一端通过被动移动副与动平台可移动地连接。本发明能够实现动平台大范围横向移动及零横倾条件下的转动，实现位姿的精密输出。

Description

一种两转一移并联机构及机械设备
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种两转一移并联机构及具有该两转一移并联机构的机械设备。
背景技术
随着各个企业之间的竞争形式日益激烈，人力成本的不断增加，越来越多的企业选择引入机器人以代替人工，提高生产效率，减少人力成本。并联机构和串联机构是工业机器人的一种，其在食品、医药、电子等轻工业中广泛应用。然而，在一些应用场景，如自动化测量场景中，通常采用串联机构来对测量设备进行位姿调整，以达到所需要求，如采用串联机构对激光干涉仪进行位姿调整，以实现光路的准直。然而，采用串联机构容易导致机械设备体积过大，位姿调整累积误差，准直效率低等问题，由于并联机构与串联机构相比，具有高刚度、高运动精度、低运动惯量等优点，并联机构越来越多的被用于测量设备的位姿调整。
目前，测量设备位姿调整时所采用的三自由并联机构存在无法对测量设备大范围移动，及存在伴随运动调姿等问题，因此，亟需一种三自由的并联机构，能够实现测量设备的大范围移动及无伴随运动调姿。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种两转一移并联机构，从而克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种两转一移并联机构，所述两转一移并联机构包括
动平台；
基座；
第一运动支链，包括第一驱动移动副、连接件和转动链，所述连接件的一端通过第一驱动移动副与所述基座可移动地连接，相对端通过所述转动链与所述动平台可转动地连接；
第二运动支链，包括第二驱动移动副、第三驱动移动副、球铰和被动移动副，所述第三驱动移动副的一端通过第二驱动移动副与所述基座可移动地连接，相对端与所述球铰的一端相连，所述球铰的另一端通过被动移动副与所述动平台可移动地连接。
优选地，所述第一驱动移动副包括
第一导轨，设于所述基座上；
第一滑块，其滑动设于所述第一导轨上，并与所述连接件相连。
优选地，所述转动链包括
承托座；
第一转轴，所述第一转轴设于所述承托座上并可相对所述承托座转动，所述第一转轴与动平台相连；
第二转轴，所述第二转轴的一端与所述承托座固定连接，相对端与连接件相连，且所述第二转轴的轴线与第一转轴的轴线垂直相交。
优选地，所述第二驱动移动副包括
第二导轨，设于所述基座上并与所述第一导轨平行设置；
第二滑块，其滑动设于所述第二导轨上，并与所述第三驱动移动副相连。
优选地，所述第三驱动移动副包括
套筒，所述套筒的一端与所述第二驱动移动副相连；
输出杆件，其一端伸入所述套筒内，相对端与所述球铰相连，所述输出杆件可沿所述套筒的轴向方向移动。
优选地，所述被动移动副包括
第三导轨，设于所述动平台上；第三滑块，滑动设于所述第三导轨上，并与所述球铰相连。
优选地，所述第三导轨的轴线经过一投影点，所述投影点为第一转轴与第二转轴的轴线交点在动平台上的投影。
优选地，所述基座包括
第一基板；
第二基板，设于所述第一基板上；
第三基板，设于所述第一基板上并与所述第二基板间隔设置。
优选地，所述球铰包括第一本体和第二本体，所述第一本体与第二本体可转动地连接，所述第一本体与被动移动副相连，所述第二本体与第三驱动移动副相连。
优选地，所述连接件垂直于第一滑块的表面设置。
本发明还揭示了一种机械设备，其包括上述两转一移并联机构。
与现有技术相比较，本发明的有益效果至少在于：
(1)本发明所述的两转一移并联机构，能够实现大范围横向移动及零横倾条件下的转动，实现位姿的精密输出。
(2)本发明所述的两转一移并联机构包含两个运动支链，机械结构简单，具有精度高、刚度大等优点，并且该两转一移并联机构的运动学模型简单，容易控制。
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，下面将对实施例或现有技术描述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中记载的一些实施例，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是本发明一实施方式所揭示的两转一移并联机构的立体示意图；
图2是图1中基座的立体示意图；
图3是图1中动平台的立体示意图；
图4是图1中第一运动支链的立体示意图；
图5是图4中转动链的立体示意图；
图6是图1中第二运动支链的立体示意图。
附图标记：1、动平台，101、第一装配孔，102、第二装配孔，2、球铰，201、第一本体，202、第二本体，3、被动移动副，301、第三导轨，302、第三滑块，4、第三驱动移动副，401、套筒，402、输出杆件，5、转动链，a、第一转轴，b、第二转轴，503、承托座，6、第二驱动移动副，601、第二导轨，602、第二滑块，7、第一驱动移动副，701、第一导轨，702、第一滑块，8、连接件，9、基座，901、第一基板，902、第三基板，903、第三基板，Ⅰ、第一运动支链，Ⅱ、第二运动支链，
具体实施方式
通过应连同所附图示一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
如图1所示，为本发明一实施例所揭示的一种两转一移并联机构，包括基座9、动平台1、第一运动支链Ⅰ和第二运动支链Ⅱ，其中，第一运动支链Ⅰ和第二运动支链Ⅱ均连接于基座9和动平台1之间，也即第一运动支链Ⅰ的一端与基座9相连，相对端与动平台1相连，第二运动支链Ⅱ的一端与基座9相连，相对端与动平台1相连，在第一运动支链Ⅰ和第二运动支链Ⅱ的作用下，动平台1可实现两个转动和一个移动的自由度。
具体地，如图2所示，基座9包括第一基板901、第二基板903和第三基板902，其中，第二基板903和第三基板902均设于第一基板901上且间隔设置，并且第二基板903与第三基板902沿横向方向延伸设置。通过采用此种结构设计，具有结构简单的优点，并且也便于安装和维护保养，也有助于实际生产和装配。
如图3所示，动平台1为板状结构，其整体呈圆形，当然，在其他实施例中，可根据实际需求设置动平台1的形状，如将动平台1设置为方形等等。
结合图4和图5所示，第一运动支链Ⅰ包括第一驱动移动副7、连接件8和转动链5，其中，连接件8的一端通过第一驱动移动副7与基座9可移动地连接，相对端通过转动链5与动平台1可转动地连接，第一驱动移动副7、连接件8及转动链5构成PRR串联分支。
具体地，第一驱动移动副7包括第一导轨701和第一滑块702，第一导轨701与第一基板901固定连接，第一滑块702滑动设于第一导轨701上并与连接件8的一端固定连接，该第一滑块702在驱动力作用下可沿第一导轨701的导向方向移动。
转动链5为两自由度转动链5，其包括第一转轴a、第二转轴b和承托座503，其中，第一转轴a设于承托座503上并可相对所述承托座503转动，第一转轴a上设有至少一个第一连接部502，第一转轴a通过第一连接部502与动平台1相连，第二转轴b的一端与承托座503固定连接，相对端通过第二连接部501与连接件8的另一端固定连接，第一转轴a的轴线与第二转轴b的轴线垂直相交。实施时，动平台1在驱动力作用下可围绕第一转轴a和第二转轴b转动。本实施例中，第一转轴a的两端均设置一个第一连接部502，也即第一转轴a上设有两个第一连接部502，动平台1上还设有与两个第一连接部502相配合实现第一连接部502与动平台1连接的装配孔，分别为第一装配孔101和第二装配孔102。
如图6所示，第二运动支链Ⅱ包括第二驱动移动副6、第三驱动移动副4、球铰2和被动移动副3，其中，第三驱动移动副4的一端通过第二驱动移动副6与基座9可移动地相连，相对端与球铰2的一端相连，球铰2的另一端通过被动移动副3与动平台1可移动地连接，第二驱动移动副6、第三驱动移动副4、球铰2和被动移动副3构成PPSP串联分支。
具体地，第二驱动移动副6包括第二导轨601和第二滑块602，第二导轨601与第二基板903固定连接，并且第二导轨601与第一导轨701平行设置，第二滑块602滑动设于第二导轨601上并与第三驱动移动副4的一端固定连接，该第二滑块602在驱动力作用下可沿第二导轨601的导向方向移动。
第三驱动移动副4包括套筒401和输出杆件402，其中，套筒401的一端与第二滑块602的表面固定连接，实施时，以套筒401与第二滑块602的表面垂直设置为最佳，输出杆件402的一端伸入套筒401内并可在套筒401内移动，另一端与球铰2的一端固定连接。
球铰2包括第一本体201和第二本体202，第一本体201与第二本体202可转动地连接，其中，第一本体201与被动移动副3相连，第二本体202与输出杆件402相连。
被动移动副3包括第三导轨301和第三滑块302，第三导轨301设于动平台1上，第三滑块302滑动设于第三导轨301上并与球铰2的第一本体201固定连接，该第三滑块302可沿第三导轨301的导向方向移动。本实施中，第三导轨301的轴线过第一转轴a与第二转轴b的轴线交点在动平台1上的投影点，也即第一转轴a和第二转轴b的轴线交点在动平台1上的投影点与第三导轨301的轴线相重合。同时，第三导轨201通过多个安装孔103～106安装于动平台1上。通过设置多个安装孔，可精密调节第三导轨201在动平台1上的位置，以适应不同的要求。
本发明所述的两转一移并联机构的工作原理如下：
当仅调整第一滑块702和第二滑块602移动，使两者同步向同一方向移动时，也即第一滑块702沿第一导轨701的导向方向移动，第二滑块602沿第二导轨601的导向方向移动，可实现动平台1沿横向方向的大范围移动，动平台1在横向方向上的移动范围，取决于第一导轨701和第二导轨601的长度，第一导轨701和第二导轨601的长度越长，动平台1在横向方向上的移动范围越大，第一导轨701和第二导轨601的长度可根据实际需求进行设置。
当仅调整输出杆件402移动时，也即输出杆件402沿竖直方向移动，输出杆件402通过球铰2带动第三滑块302移动，第三滑块302沿第三导轨301导向方向移动过程中，使动平台1以第一转轴a为旋转轴进行转动。
当仅调整第二滑块602移动时，也第二滑块602沿第二导轨601的导向方向移动，可实现动平台1以第二转轴b为旋转轴进行转动，其中，第二转轴b沿竖直方向设置，也可以说动平台1围绕三维坐标系中的Z轴转动。
通过上述调整，可实现动平台1的位姿调整。
本发明还揭示了一种机械设备，包括上述两转一移并联机构。
本发明所述的两转一移并联机构，能够实现大范围横向移动及零横倾条件下的转动，实现位姿的精密输出。另外，该两转一移并联机构包含两个运动支链，机械结构简单，具有精度高、刚度大等特点，并且该两转一移并联机构的运动学模型简单，容易控制。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种两转一移并联机构，其特征在于，所述两转一移并联机构包括：
动平台；
基座；
第一运动支链，包括第一驱动移动副、连接件和转动链，所述连接件的一端通过第一驱动移动副与所述基座可移动地连接，相对端通过所述转动链与所述动平台可转动地连接；
第二运动支链，包括第二驱动移动副、第三驱动移动副、球铰和被动移动副，所述第三驱动移动副的一端通过第二驱动移动副与所述基座可移动地连接，相对端与所述球铰的一端相连，所述球铰的另一端通过被动移动副与所述动平台可移动地连接。
2.根据权利要求1所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述第一驱动移动副包括：
第一导轨，设于所述基座上；
第一滑块，其滑动设于所述第一导轨上，并与所述连接件相连。
3.根据权利要求1所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述转动链包括：
承托座；
第一转轴，所述第一转轴设于所述承托座上并可相对所述承托座转动，所述第一转轴与动平台相连；
第二转轴，所述第二转轴的一端与所述承托座固定连接，相对端与连接件相连，且所述第二转轴的轴线与第一转轴的轴线垂直相交。
4.根据权利要求2所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述第二驱动移动副包括：
第二导轨，设于所述基座上并与所述第一导轨平行设置；
第二滑块，其滑动设于所述第二导轨上，并与所述第三驱动移动副相连。
5.根据权利要求1或4所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述第三驱动移动副包括：
套筒，所述套筒的一端与所述第二驱动移动副相连；
输出杆件，其一端伸入所述套筒内，相对端与所述球铰相连，所述输出杆件可沿所述套筒的轴向方向移动。
6.根据权利要求3所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述被动移动副包括：
第三导轨，设于所述动平台上；
第三滑块，滑动设于所述第三导轨上，并与所述球铰相连。
7.根据权利要求6所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述第三导轨的轴线经过一投影点，所述投影点为第一转轴与第二转轴的轴线交点在动平台上的投影。
8.根据权利要求1所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述基座包括：
第一基板；
第二基板，设于所述第一基板上；
第三基板，设于所述第一基板上并与所述第二基板间隔设置。
9.根据权利要求1所述的两转一移并联机构，其特征在于，所述球铰包括第一本体和第二本体，所述第一本体与第二本体可转动地连接，所述第一本体与被动移动副相连，所述第二本体与第三驱动移动副相连；
和/或，所述连接件垂直于第一滑块的表面设置。
10.一种机械设备，其特征在于包括权利要求1～9中任意一项所述的两转一移并联机构。
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