CN113771012A - 一种空间两转一移三自由度并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间两转一移三自由度并联机构，包括定平台、动平台和位于动平台和定平台之间的三条运动支链，动平台呈板状机构，动平台底部通过三个相隔120°均匀布置的球铰连接三条运动支链的活动端，三条运动支链的固定端固定在定平台上，三条运动支链在定平台上相隔120°均匀布置；运动支链包括底部支座、驱动电机、丝杆、滑块、滑动杆和旋转杆，驱动电机固定在底部支座上且驱动电机的一端连接丝杆的一端，滑块套装在丝杆上，滑动杆的下端固定在丝杆上，滑动杆的上端通过转动副与旋转杆的下端连接，滑动杆的上端与动平台的底面通过球铰连接；本发明包含三条主动运动支链，具有结构简单、刚度大、稳定性好以及运动平稳等优点。
Description
技术领域
本发明涉及三自由度并联机构领域，更具体的说，尤其涉及一种空间两转一移三自由度并联机构。
背景技术
并联机构为空间多自由度形式，主要特点是通过两条及以上的分支链连接定平台和动平台，形成多闭环结构。与串联机构相比，并联机构具有更大的结构刚度和承载力、更高的定位精度和更易于实现控制等优点，所以并联机器人被广泛应用于工业制造和食品包装等领域。由于很多领域的工业机器人不需要6个自由度即可完成任务，因此，对少自由度并联机器人的需求量更大。其中，三自由度并联机器人是目前研究和应用最多的少自由度并联机构。专利CN111496765A公开了一种两转一移三自由度并联机构，三条支链包括移动副P、转动副R和万向节U，由于万向节只有两个方向的自由度，该机构不能实现X、Y方向的混合运动。专利CN111496766A公开了一种基于电动缸的三自由度并联机构，能够实现两个转动和一个移动自由度，但由于电动机安装在支链上增加支链重量，在运动过程中会增加机构运动惯性力因而会降低机构运动精度。专利CN110815187A公开了一种三自由度并联机构，通过利用柔性驱动链驱动，利用三关节活动组件、四关节活动组件和多个回转驱动组件，结构复杂运动学求解困难。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提出了一种空间两转一移三自由度并联机构，该机构具有结构简单运动学易于求解、运动惯性力小、能够实现X、Y方向的混合运动并且各自由度单独运动可实现解耦降低了控制难度。该机构具有绕X、Y轴的转动以及沿着Z轴的移动三个自由度，三条支链均倾斜与定平台，且倾斜角度及杆长可以调整设计能够实应更多的工作需求；该机构的驱动装置电动机固定在定平台能够减轻支链的负重，因此可以减小机构运动时的惯性力能够使机构运动的更加平顺。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种空间两转一移三自由度并联机构，包括定平台、动平台和位于动平台和定平台之间的三条运动支链，所述动平台呈板状机构，动平台底部通过三个相隔120°均匀布置的球铰连接三条运动支链的活动端，三条运动支链的固定端固定在定平台上，三条运动支链在定平台上相隔120°均匀布置；
所述运动支链包括底部支座、驱动电机、丝杆、滑块、滑动杆和旋转杆，所述底部支座的底面固定在定平台上，底部支座的上表面为与定平台上表面呈20～60°夹角的倾斜面，丝杆平行于底部支座的上表面且丝杆的两端支撑在底部支座上，驱动电机固定在底部支座上且驱动电机的一端连接丝杆的一端，滑块套装在丝杆上，所述滑动杆的下端固定在丝杆上，滑动杆的上端通过转动副与旋转杆的下端连接，滑动杆的上端与动平台的底面通过球铰连接；驱动电机工作时驱动滑块和滑动杆组成的整体沿着丝杆直线运动。
本机构的主动副为驱动电机、丝杆、滑块和滑动杆组成的移动副，被动福为滑动杆和旋转杆组成的旋转副以及旋转杆和动平台组成的球铰副，驱动电机通过丝杆将旋转运动转化为滑动的移动运动，三个滑块沿着斜坡运动可以使并联机构绕X、Y轴转动和沿着Z轴移动，实现三个自由度运动。
三条运动支链的结构完全相同，三条运动支链分别为第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链，第一运动支链包括第一底部支座、第一驱动电机、第一丝杆、第一支链滑块和第一旋转杆，所述第一支链滑块由第一滑块和第一滑动杆固定连接而成；第二运动支链包括第二底部支座、第二驱动电机、第二丝杆、第二支链滑块和第二旋转杆，所述第二支链滑块由第二滑块和第二滑动杆固定连接而成；第三运动支链包括第三底部支座、第三驱动电机、第三丝杆、第三支链滑块和第三旋转杆，所述第三支链滑块由第三滑块和第三滑动杆固定连接而成。
进一步的，所述底部支座的上表面为与定平台上表面呈30°夹角。
进一步的，所述定平台呈板结构，定平台上设置有用于定平台固定在其他设备上的螺栓孔。定平台上的螺栓孔能够保证定平台快捷的安装在其他设备上，方便本机构整体的快捷安装和工作。
进一步的，所述动平台呈圆板状结构。
进一步的，所述驱动电机为步进电机。
进一步的，所述底部支座通过螺栓固定在定平台上，底部支座为设计有多个上表面倾角的多个，根据需要将适合上表面倾角的底部支座安装在定平台上。
进一步的，所述滑动杆和旋转杆均为可拆卸式。在进行不同工作时可以根据需要更换适合长度的滑动杆和旋转杆到整体设备上。
本发明的有益效果在于：
1、本发明包含三条主动运动支链，具有结构简单、刚度大、稳定性好以及运动平稳等优点，可应用于多数需求三自由度平台的作业，如研磨抛光平台、铣削加工平台以及激光加工平台。
2、本发明能够进行两转一移的摆动，摆动范围大，调整灵活。
3、本发明三条主动运动支链通过电机驱动丝杆控制滑块移动，控制简单、高效。
4、本发明能够根据工作设计调整移动副的倾斜角度以及支链杆长，能够适应多种工作。
5、本发明的驱动电机固定在定平台上能够减轻机构支链负重，因此可以减小机构运动时的惯性力。
6、本发明的驱动移动副中利用丝杆，因此该机构在静止状态下具有自锁功能。
附图说明
图1是本发明的本发明的一种两转一移三自由度并联机构的整体结构示意图。
图2是本发明三条运动支链移动副的整体结构示意图。
图中，1-动平台、2-第一旋转杆、3-第一支链滑块、4-第一驱动电机、5-定平台、6-第一底部支座、7-第一丝杆、8-第二旋转杆、9-第二驱动电机、10-第二底部支座、11-第二支链滑块、12-第二丝杆、13-球铰、14-第三底部支座、15-第三丝杆、16-第三驱动电机、17-第三支链滑块、18-第三旋转杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～2所示，一种空间两转一移三自由度并联机构，包括定平台5、动平台1和位于动平台1和定平台5之间的三条运动支链2，所述动平台1呈板状机构，动平台1底部通过三个相隔120°均匀布置的球铰13连接三条运动支链2的活动端，三条运动支链2的固定端固定在定平台5上，三条运动支链2在定平台5上相隔120°均匀布置。
所述运动支链2包括底部支座、驱动电机、丝杆、滑块、滑动杆和旋转杆，所述底部支座的底面固定在定平台5上，底部支座的上表面为与定平台5上表面呈20～60°夹角的倾斜面，丝杆平行于底部支座的上表面且丝杆的两端支撑在底部支座上，驱动电机固定在底部支座上且驱动电机的一端连接丝杆的一端，滑块套装在丝杆上，所述滑动杆的下端固定在丝杆上，滑动杆的上端通过转动副与旋转杆的下端连接，滑动杆的上端与动平台1的底面通过球铰13连接；驱动电机工作时驱动滑块和滑动杆组成的整体沿着丝杆直线运动。
三条运动支链的结构完全相同，三条运动支链分别为第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链，第一运动支链包括第一底部支座6、第一驱动电机4、第一丝杆7、第一支链滑块3和第一旋转杆2，所述第一支链滑块3由第一滑块和第一滑动杆固定连接而成；第二运动支链包括第二底部支座10、第二驱动电机9、第二丝杆12、第二支链滑块11和第二旋转杆8，所述第二支链滑块11由第二滑块和第二滑动杆固定连接而成；第三运动支链包括第三底部支座14、第三驱动电机16、第三丝杆15、第三支链滑块17和第三旋转杆18，所述第三支链滑块17由第三滑块和第三滑动杆固定连接而成。
所述底部支座的上表面为与定平台5上表面呈30°夹角。根据需要可以选择合适倾角的底部支座来使用。所述支链滑块和旋转杆均为可拆卸式。配合不同长度的支链滑块和旋转杆可以适应各种不同尺寸的加工设备。
所述定平台5呈板结构，定平台5上设置有用于定平台5固定在其他设备上的螺栓孔。定平台5通过穿过螺栓孔的螺栓固定在其他设备上。
所述动平台1呈圆板状结构。动平台1整体呈圆形，上下表面均为平面。动平台作为运动平台用于衔接各种运动设备。
所述驱动电机为步进电机，通过步进电机电机驱动丝杆控制滑块移动，控制简单、高效。
所述底部支座通过螺栓固定在定平台5上，底部支座为设计有多个上表面倾角的多个，根据需要将适合上表面倾角的底部支座安装在定平台5上。
所述底部支座通过螺栓固定在定平台5上，底部支座为设计有多个上表面倾角的多个，根据需要将适合上表面倾角的底部支座安装在定平台5上。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (7)
1.一种空间两转一移三自由度并联机构，其特征在于：包括定平台(5)、动平台(1)和位于动平台(1)和定平台(5)之间的三条运动支链(2)，所述动平台(1)呈板状机构，动平台(1)底部通过三个相隔120°均匀布置的球铰(13)连接三条运动支链(2)的活动端，三条运动支链(2)的固定端固定在定平台(5)上，三条运动支链(2)在定平台(5)上相隔120°均匀布置；
所述运动支链(2)包括底部支座、驱动电机、丝杆、滑块、滑动杆和旋转杆，所述底部支座的底面固定在定平台(5)上，底部支座的上表面为与定平台(5)上表面呈20～60°夹角的倾斜面，丝杆平行于底部支座的上表面且丝杆的两端支撑在底部支座上，驱动电机固定在底部支座上且驱动电机的一端连接丝杆的一端，滑块套装在丝杆上，所述滑动杆的下端固定在丝杆上，滑动杆的上端通过转动副与旋转杆的下端连接，滑动杆的上端与动平台(1)的底面通过球铰(13)连接；驱动电机工作时驱动滑块和滑动杆组成的整体沿着丝杆直线运动。
2.根据权利要求1所述的一种空间两转一移三自由度并联机构，其特征在于：所述底部支座的上表面为与定平台(5)上表面呈30°夹角。
3.根据权利要求1所述的一种空间两转一移三自由度并联机构，其特征在于：所述定平台(5)呈板结构，定平台(5)上设置有用于定平台(5)固定在其他设备上的螺栓孔。
4.根据权利要求1所述的一种空间两转一移三自由度并联机构，其特征在于：所述动平台(1)呈圆板状结构。
5.根据权利要求1所述的一种空间两转一移三自由度并联机构，其特征在于：所述驱动电机为步进电机。
6.根据权利要求1所述的一种空间两转一移三自由度并联机构，其特征在于：所述底部支座通过螺栓固定在定平台(5)上，底部支座为设计有多个上表面倾角的多个，根据需要将适合上表面倾角的底部支座安装在定平台(5)上。
7.根据权利要求1所述的一种空间两转一移三自由度并联机构，其特征在于：所述滑动杆和旋转杆均为可拆卸式。
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Country Status (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114833801A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-08-02 | 湖北工业大学 | 一种新型三自由度柔性并联微转台 |
| CN115830976A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-03-21 | 重庆大学 | 一种宝塔型六自由度运动模拟平台及其传动方法 |
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2021
- 2021-10-11 CN CN202111182123.8A patent/CN113771012A/zh not_active Withdrawn
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Application publication date: 20211210 |
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