CN113370189A

CN113370189A - 一种高刚度三平移冗余驱动并联机构

Info

Publication number: CN113370189A
Application number: CN202110807407.5A
Authority: CN
Inventors: 李永泉; 江洪生; 郑天宇; 西克龙; 景涵; 张立杰
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2021-09-10

Abstract

本发明公开了一种高刚度三平移冗余驱动并联机构，包括固定平台、动平台和四个支链单元；支链单元包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，第一连杆的底端和第二连杆的底端分别与固定平台铰接，第三连杆与第一连杆滑动配合，第四连杆与第二连杆滑动配合，第四连杆的顶端与第三连杆的中部铰接；动平台两个不相邻的两个侧边上分别铰接有一个中间连杆，动平台另两个不相邻的侧边上分别固设有一个固定杆，每个固定杆上均滑动设置有一个滑块；两个支链单元分别与两个滑块铰接，另两个支链单元分别与两个中间连杆转动连接。本发明提高了三平移并联机构的刚度和承载能力。

Description

一种高刚度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三平移冗余驱动并联机构。

背景技术

并联机构相比于串联机构具有惯性小、承载能力高、刚度大、动力性能好等优点，广泛应用于加工制造、医学、各种运动模拟器、微定位机器人等各个领域。但是在很多实际情况下没有必要用六自由度机构，而且少自由度并联机构具有结构简单、成本低、易于控制等优点，尤其是三自由度并联机构，其在实际生产中应用越来越广泛。现有的三平移并联机构的驱动副较少，多为单一驱动，导致刚度较低，承载能力差，不易控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种高刚度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，提高三平移并联机构的刚度和承载能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种高刚度三平移冗余驱动并联机构，包括固定平台、动平台和四个支链单元；每个所述支链单元均包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一连杆的底端和所述第二连杆的底端分别与所述固定平台的顶面铰接，所述第三连杆与所述第一连杆滑动配合，所述第四连杆与所述第二连杆滑动配合，所述第四连杆的顶端与所述第三连杆的中部铰接；所述第一连杆与所述第三连杆之间的移动副、所述第二连杆与所述第四连杆之间的移动副均为驱动副；

所述动平台为一长方形的板，所述动平台两个不相邻的两个侧边上分别铰接有一个中间连杆，所述中间连杆与所述动平台之间的铰接轴竖直，所述动平台另两个不相邻的侧边上分别固设有一个固定杆，所述固定杆与对应的所述侧边平行，每个所述固定杆上均滑动设置有一个滑块；

四个所述支链单元分别为第一支链单元、第二支链单元、第三支链单元和第四支链单元，所述第一支链单元中所述第三连杆的顶端与一个所述滑块铰接，所述第三支链单元中所述第三连杆的顶端与另一个所述滑块铰接，所述第二支链单元中所述第三连杆的顶端与一个所述中间连杆远离所述动平台的一端转动连接，所述第四支链单元中所述第三连杆的顶端与另一个所述中间连杆远离所述动平台的一端转动连接。

优选的，四个所述支链单元与所述动平台的四个侧边一一对应，任意一个所述支链单元中的所有铰接轴均与对应的所述侧边平行。

优选的，所述第一支链单元与所述滑块之间的铰接轴与所述第一支链单元对应的所述侧边平行，所述第三支链单元与所述滑块之间的铰接轴与所述第三支链单元对应的所述侧边平行。

优选的，所述固定平台上对应任意一个所述第一连杆和任意一个所述第三连杆均固设有一个固定铰支座，所述第一连杆和所述第三连杆与对应的所述固定铰支座铰接。

优选的，所述第二支链单元中所述第三连杆的顶端通过虎克铰与一个所述中间连杆远离所述动平台的一端转动连接，所述第四支链单元中所述第三连杆的顶端通过虎克铰与另一个所述中间连杆远离所述动平台的一端转动连接。

优选的，所述固定杆呈长方体状，所述滑块套设在对应的所述固定杆上。

优选的，任意一个所述第一连杆与同一个所述支链单元中的所述第三连杆同轴，任意一个所述第二连杆与同一个所述支链单元中的所述第四连杆同轴。

优选的，任意一个所述第一连杆套设在同一个所述支链单元中的所述第三连杆上，任意一个所述第二连杆套设在同一个所述支链单元中的所述第四连杆上。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的高刚度三平移冗余驱动并联机构提高了三平移并联机构的刚度和承载能力。本发明的高刚度三平移冗余驱动并联机构通过驱动四个支链单元中的共八个驱动副，驱动动平台相对于固定平台实现空间三个方向的平移运动，驱动副的数量大于自由度的数量，实现了冗余驱动，避免了单一驱动导致承载能力不足的情况。本发明的高刚度三平移冗余驱动并联机构支链单元两两对称分布，其承载能力强，计算和控制简单，可应用于货物的搬运与分拣、大型零部件精密机床、大型工程机械隔振系统等。

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为本发明高刚度三平移冗余驱动并联机构的结构示意图；

其中：100、高刚度三平移冗余驱动并联机构；1、第一连杆；2、第二连杆；3、第三连杆；4、第四连杆；5、第一支链单元；6、第二支链单元；7、第三支链单元；8、第四支链单元；9、固定平台；10、动平台；11、第一中间连杆；12、第二中间连杆；13、第一固定杆；14、第一滑块；15、第二固定杆；16、第二滑块；17、虎克铰；18、固定铰支座。

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付出创造性劳动的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。

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。

如图1所示：本实施例提供了一种高刚度三平移冗余驱动并联机构100，包括固定平台9、动平台10和四个支链单元，四个支链单元分别为第一支链单元5、第二支链单元6、第三支链单元7和第四支链单元8。

每个支链单元均包括第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3和第四连杆4，第一连杆1的底端和第二连杆2的底端分别与固定平台9的顶面铰接，第三连杆3与第一连杆1滑动配合，即第三连杆3与第一连杆1之间形成有一个移动副，第四连杆4与第二连杆2滑动配合，即第四连杆4与第二连杆2之间形成有一个移动副，第四连杆4的顶端与第三连杆3的中部铰接；第一连杆1与第三连杆3之间的移动副、第二连杆2与第四连杆4之间的移动副均为驱动副；即每个支链单元中具有两个驱动副，而本实施例高刚度三平移冗余驱动并联机构100共具有八个驱动副。每个支链单元中均包含闭环单元，闭环单元由第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4及固定平台9围成。

在本实施例中，动平台10为一长方形的板，动平台10两个不相邻的两个侧边上分别铰接有一个中间连杆，固定平台9与动平台10均水平，中间连杆与动平台10之间的铰接轴竖直，动平台10另两个不相邻的侧边上分别固设有一个固定杆，分别为第一固定杆13和第二固定杆15，第一固定杆13和第二固定杆15分别与对应的侧边平行，第一固定杆13和第二固定杆15上均滑动设置有一个滑块，分别为第一滑块14和第二滑块16；第一固定杆13和第二固定杆15均呈长方体状，第一滑块14套设在第一固定杆13上，第二滑块16套设在第二固定杆15上，需要说明的是第一滑块14只能相对第一固定杆13滑动，不能相对第一固定杆13转动，同理，第二滑块16只能相对第二固定杆15滑动，而不能相对第二固定杆15转动。

第一支链单元5中第三连杆3的顶端与第二滑块16铰接，第三支链单元7中第三连杆3的顶端与第一滑块14铰接，第二支链单元6中第三连杆3的顶端通过虎克铰17与第二中间连杆12远离动平台10的一端转动连接，第四支链单元8中第三连杆3的顶端通过虎克铰17与第一中间连杆11远离动平台10的一端转动连接。

四个支链单元与动平台10的四个侧边一一对应，任意一个支链单元中的所有铰接轴均与其对应的动平台10的侧边平行。不难理解，第一支链单元5中的所有铰接轴与第三支链单元7中的所有铰接轴互相平行，第二支链单元6中的所有铰接轴与第四支链单元8中的所有铰接轴互相平行。第一支链单元5与第二滑块16之间的铰接轴与第一支链单元5对应的侧边平行，第三支链单元7与第一滑块14之间的铰接轴与第三支链单元7对应的侧边平行。

固定平台9上对应任意一个第一连杆1和任意一个第三连杆3均固设有一个固定铰支座18，第一连杆1和第三连杆3与对应的固定铰支座18铰接。固定平台9为一矩形平板，固定平台9上的八个固定铰支座18分布在固定平台9的对角线上，每个对角线上有分布有四个固定铰支座18。

任意一个第一连杆1与同一个支链单元中的第三连杆3同轴，任意一个第二连杆2与同一个支链单元中的第四连杆4同轴。任意一个第一连杆1套设在同一个支链单元中的第三连杆3上，任意一个第二连杆2套设在同一个支链单元中的第四连杆4上。

本实施例的高刚度三平移冗余驱动并联机构100通过驱动四个支链单元中的共八个驱动副，驱动动平台10相对于固定平台9实现空间三个方向的平移运动，驱动副的数量大于自由度的数量，实现了冗余驱动，避免了单一驱动导致承载能力不足的情况。本发明的高刚度三平移冗余驱动并联机构100支链单元两两对称分布，其承载能力强，计算和控制简单，可应用于货物的搬运与分拣、大型零部件精密机床、大型工程机械隔振系统等。。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种高刚度三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：包括固定平台、动平台和四个支链单元；每个所述支链单元均包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一连杆的底端和所述第二连杆的底端分别与所述固定平台的顶面铰接，所述第三连杆与所述第一连杆滑动配合，所述第四连杆与所述第二连杆滑动配合，所述第四连杆的顶端与所述第三连杆的中部铰接；所述第一连杆与所述第三连杆之间的移动副、所述第二连杆与所述第四连杆之间的移动副均为驱动副；

2.根据权利要求1所述的高刚度三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：四个所述支链单元与所述动平台的四个侧边一一对应，任意一个所述支链单元中的所有铰接轴均与对应的所述侧边平行。

3.根据权利要求1所述的高刚度三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第一支链单元与所述滑块之间的铰接轴与所述第一支链单元对应的所述侧边平行，所述第三支链单元与所述滑块之间的铰接轴与所述第三支链单元对应的所述侧边平行。

4.根据权利要求1所述的高刚度三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述固定平台上对应任意一个所述第一连杆和任意一个所述第三连杆均固设有一个固定铰支座，所述第一连杆和所述第三连杆与对应的所述固定铰支座铰接。

5.根据权利要求1所述的高刚度三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第二支链单元中所述第三连杆的顶端通过虎克铰与一个所述中间连杆远离所述动平台的一端转动连接，所述第四支链单元中所述第三连杆的顶端通过虎克铰与另一个所述中间连杆远离所述动平台的一端转动连接。

6.根据权利要求1所述的高刚度三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：所述固定杆呈长方体状，所述滑块套设在对应的所述固定杆上。

7.根据权利要求1所述的高刚度三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：任意一个所述第一连杆与同一个所述支链单元中的所述第三连杆同轴，任意一个所述第二连杆与同一个所述支链单元中的所述第四连杆同轴。

8.根据权利要求7所述的高刚度三平移冗余驱动并联机构，其特征在于：任意一个所述第一连杆套设在同一个所述支链单元中的所述第三连杆上，任意一个所述第二连杆套设在同一个所述支链单元中的所述第四连杆上。