CN114918902B - 一种三平一转四自由度并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三平一转四自由度并联机构，包括固定架、动平台、联动转轴、布置在所述固定架与动平台之间的第一支链以及布置在所述联动转轴和动平台之间的第二支链、第三支链、第四支链；四条支链均包括主动臂、两个平行且等长的从动臂，两个拉簧以及四个球接头，所述第二、第三、第四支链还包含转动叉；所述联动转轴与固定架连接，所述转动叉与联动转轴连接，所述主动臂与固定架或转动叉转动连接，所述从动臂通过球接头和拉簧与主动臂及动平台相连。本发明结构紧凑、布局巧妙，可实现大转角范围的转动。

Description

一种三平一转四自由度并联机构

技术领域

本发明属于并联机构，特别是一种具有空间三维平动一维转动的四自由度并联机构。

背景技术

三维平动一维转动并联机构因可满足空间物体的搬运等操作，已被广泛应用于食品医药、现代物流、电子信息等领域自动化生产线高速轻载搬运作业。

专利文献CN105234929A公开了一种可实现三维平动一维转动的并联机构，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四条结构相同的支链；所述支链包括转动叉、主动臂、两个平行且等长的从动臂以及四个T形轴，所述转动叉与固定架转动连接，所述主动臂转动连接于转动叉内，所述从动臂的一端通过两个T形轴与主动臂相连，另一端通过两个T形轴与动平台相连。动平台在四条支链得带动下实现三维平动和一维转动，从而使机构既有三个平动自由度，又有一个转动自由度。

专利文献CN108656079A公开了一种可实现三维平动一维转动得并联机构，包括固定架、动平台以及连接这两个平台的第一主动支链、第二主动支链、第三主动支链和第四主动支链构成。四条主动支链具有相同的机械结构，两两之间成90度空间对称分布，并且每条主动支链都是一个平行四边形的连杆滑块机构。动平台在四条支链得带动下实现三维平动和一维转动，从而使机构实现三维平移运动以及一维旋转运动。

虽然以上机构结构简洁，但无法实现大转角范围的转动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三平一转四自由度并联机构，以实现较大范围的转动。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种三平一转四自由度并联机构，包括固定架、动平台，其特征在于，还包括：

与固定架连接的联动转轴；

布置在所述固定架与动平台之间的第一支链，布置在所述联动转轴和动平台之间的第二支链、第三支链、第四支链；

上述四个支链均包括主动臂驱动装置、主动臂、第一从动臂、第二从动臂；主动臂的一端两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端通过球铰连接；所述第一从动臂、第二从动臂的另一端均与动平台均通过球铰连接，每条支链中的第一从动臂与第二从动臂平行且等长；

所述第一支链的主动臂的另一端与固定架转动连接，其主动臂驱动装置安装在机架上，且其主动臂驱动装置的驱动端与主动臂固接；

所述第二、第三和第四支链还包括转动叉，所述转动叉与联动转轴相连，三个支链的主动臂均与转动叉转动连接；且三个支链的主动臂驱动装置均安装在对应支链的转动叉上，且其主动臂驱动装置的驱动端与主动臂固接；

其中第二支链和第四支链的转动叉分别连接在联动转轴的两端，第三支链的转动叉固接在联动转轴的中间端；

连接第二支链的转动叉与对应主动臂的转动轴线和连接第四支链的转动叉与对于主动臂的转动轴线平行，且与第一支链的主动臂相对固定架的转动轴线垂直相交；连接固定架和第一支链主动臂的转动轴线与连接第三支链放入转动叉和对应主动臂的转动轴线平行。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

本发明的三平一转四自由度并联机构，通过改变联动转轴与固定架及转动叉的连接关系，从而使该机构可实现大转角范围的转动；且驱动装置设置在固定架附近，有利于提高机构的动态响应特性，有利于实现高速和高加速度。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1中支链的结构示意图。

图3为本发明球接头的结构示意图。

图4为本发明拉簧的结构示意图。

图中编号所代表的含义为：1、固定架，2、联动转轴，3、动平台，I、第一支链，II、第二支链，III、第三支链，Ⅳ、第四支链；

13、第一支链的主动臂驱动装置，14、第一支链的主动臂，15、第一支链的第一球接头，16、第一支链的第二球接头，17、第一支链的第一从动臂，18、第一支链的第二从动臂，19、第一支链的第三球接头，110、第一支链的第四球接头，111、第一支链的拉簧；

22、第二支链的转动叉，23、第二支链的主动臂驱动装置，24、第二支链的主动臂，25、第二支链的第一球接头，26、第二支链的第二球接头，27、第二支链的第一从动臂，28、第二支链的第二从动臂，29、第二支链的第三球接头，210、第二支链的第四球接头，211、第二支链的拉簧；

32、第三支链的转动叉，33、第三支链的主动臂驱动装置，34、第三支链的主动臂，35、第三支链的第一球接头，36、第三支链的第二球接头，37、第三支链的第一从动臂，38、第三支链的第二从动臂，39、第三支链的第三球接头，310、第三支链的第四球接头，311、第三支链的拉簧；

42、第四支链的转动叉，43、第四支链的主动臂驱动装置，44、第四支链的主动臂，45、第四支链的第一球接头，46、第四支链的第二球接头，47、第四支链的第一从动臂，48、第四支链的第二从动臂，49、第四支链的第三球接头，410、第四支链的第四球接头，411、第四支链的拉簧。

实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

实施例1

结合图1~图4，本实施例的一种三平一转四自由度并联机构，包括固定架1、联动转轴2、动平台3、布置在所述固定架1与动平台3之间的第一支链Ⅰ，布置在所述联动转轴2和动平台3之间的第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ、第四支链Ⅳ，所述联动转轴2与固定架1转动连接；所述动平台末端固接有吸盘4。

所述第一支链Ⅰ包括主动臂驱动装置13、主动臂14、第一从动臂17、第二从动臂18和两个拉簧111，所述第一支链Ⅰ的主动臂14的一端与固定架1转动连接，且与所述主动臂驱动装置13的驱动端固接，主动臂的另一端的两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端连接，所述第一从动臂、第二从动臂的另一端均与动平台3连接，每条支链中的第一从动臂与第二从动臂平行且等长。

所述第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ、第四支链Ⅳ结构完全相同，包括主动臂驱动装置（23/33/43）、主动臂（24/34/44）、第一从动臂（27/37/47）、第二从动臂（28/38/48）和两个拉簧（211/311/411），上述部件与第一支链Ⅰ的结构相同，不同的在于三个支链在第一支链Ⅰ的基础上还设有转动叉（22/32/42）。其中第二支链Ⅱ和第四支链Ⅳ的转动叉（22/42）分别与联动转轴2的两端固接，第三支链Ⅲ的转动叉32与联动转轴2中间端固接。三条支链的主动臂（24/34/44）的一端转动连接于对应支链的转动叉（22/32/42）内，且与所述主动臂驱动装置（23/33/43）的驱动端固接。

连接第二支链的转动叉22与其对应主动臂24的转动轴线和连接第四支链的转动叉42与其对应主动臂44的转动轴线平行，且同连接所述联动转轴2和固定架1的转动轴线垂直相交；连接固定架1和第一支链的主动臂14的转动轴线与连接所述联动转轴2和固定架1的转动轴线平行，且与连接第三支链的转动叉32和其主动臂34的转动轴线平行。

在四条支链中，主动臂（14/24/34/44）与对应的第一从动臂（17/27/37/47）之间通过第一球接头（15/25/35/45）连接，主动臂（14/24/34/44）与对应的第二从动臂（18/28/38/48）之间通过第二球接头（16/26/36/46）连接，第一从动臂（17/27/37/47）与动平台3之间通过第三球接头（19/29/39/49）连接，第二从动臂（18/28/38/48）与动平台3之间通过第四球接头（110/210/310/410）连接。

所述第一球接头（15/25/35/45）和第二球接头（16/26/36/46）均与主动臂（14/24/34/44）固接；所述第三球接头（19/29/39/49）和第四球接头（110/210/310/410）均与动平台3固接；所述第一从动臂（17/27/37/47）的一端与第一球接头（15/25/35/45）球铰接，另一端与第三球接头（19/29/39/49）球铰接；所述第二从动臂（18/28/38/48）的一端与第二球接头（16/26/36/46）球铰接，另一端与第四球接头（110/210/310/410）球铰接。

连接所述第一球接头（15/25/35/45）球心和第二球接头（16/26/36/46）球心的连线、连接第三球接头（19/29/39/49）球心和第四球接头（110/210/310/410）球心的连线、以及连接所述主动臂（24/34/44）与转动叉（22/32/42）的转动轴线相互平行。

所述第一从动臂（17/27/37/47）和对应的第二从动臂（18/28/38/48）的两端之间分别设有一个拉簧（211/311/411），其内部有弹簧，用于约束两条从动臂，实现球接头与球碗的连接，所述拉簧（211/311/411）的一端与第一从动臂（17/27/37/47）转动连接，另一端与第二从动臂（18/28/38/48）转动连接。

此时，所述联动转轴2在固定架1内可以转动，第二支链Ⅱ和第四支链Ⅳ的转动叉（22/42）静止不动，动平台3在四条支链的带动下实现三维平动和一维转动，从而使机构既有三个平动自由度，又有一个转动自由度。

实施例2

在实施例1的基础上，将所述联动转轴2与固定架1改为固定连接；所述第二支链Ⅱ和第四支链Ⅳ的转动叉（22/42）与联动转轴2的两端分别改为转动连接，且第二支链的转动叉22与联动转轴2的转动轴线和第四支链转动叉42与联动转轴2的转动轴线共线。此时，联动转轴2可以在固定架1内静止不动，第二支链Ⅱ和第四支链Ⅳ的转动叉（22/42）可以转动，动平台3在四条支链得带动下实现三维平动和一维转动，从而使机构实现三维平移运动以及一维旋转运动。

由上可知，本发明的并联机构通过改变联动转轴与固定架及转动叉的连接关系，从而使该机构可实现大转角范围的转动；并联机构中第二支链、第三支链、第四支链共用一个联动转轴，可有效减少机构铰链数目；且驱动装置设置在固定架附近，有利于提高机构的动态响应特性，有利于实现高速和高加速度。

Claims (4)

1.一种三平一转四自由度并联机构，包括固定架、动平台，其特征在于，还包括：

与固定架转动连接的联动转轴；

布置在所述固定架与动平台之间的第一支链，布置在所述联动转轴和动平台之间的第二支链、第三支链、第四支链；

上述四个支链均包括主动臂驱动装置、主动臂、第一从动臂、第二从动臂；主动臂的一端两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端通过球铰连接；所述第一从动臂、第二从动臂的另一端均与动平台均通过球铰连接，每条支链中的第一从动臂与第二从动臂平行且等长；

所述第一支链的主动臂的另一端与固定架转动连接，其主动臂驱动装置安装在机架上，且其主动臂驱动装置的驱动端与主动臂固接；

所述第二、第三和第四支链还包括转动叉，所述转动叉与联动转轴相连，三个支链的主动臂均与转动叉转动连接；且三个支链的主动臂驱动装置均安装在对应支链的转动叉上，且其主动臂驱动装置的驱动端与主动臂固接；

其中第二支链和第四支链的转动叉分别固接在联动转轴的两端，第三支链的转动叉固接在联动转轴的中间端；

连接第二支链的转动叉与对应主动臂的转动轴线和连接第四支链的转动叉与对于主动臂的转动轴线平行，且与第一支链的主动臂相对固定架的转动轴线垂直相交；连接固定架和第一支链主动臂的转动轴线与连接第三支链的转动叉和对应主动臂的转动轴线平行；

连接固定架和第一支链的主动臂的转动轴线与连接联动转轴和固定架的转动轴线平行。

2.根据权利要求1所述的三平一转四自由度并联机构，其特征在于，所述第一从动臂和对应的第二从动臂的两端之间分别设有一个拉簧，用于约束两条从动臂实现球接头与球碗的连接，所述拉簧的一端与第一从动臂转动连接，另一端与第二从动臂转动连接。

3.根据权利要求1所述的三平一转四自由度并联机构，其特征在于，所述第一从动臂、第二从动臂的两端均与球接头球铰接，上述两个从动臂一端的球接头均与主动臂固接，上述两个从动臂另一端的球接头均与动平台固接；上述两个从动臂一端的球接头的球心连线、上述两个从动臂另一端的球接头的球心连线以及连接对应支链的主动臂与转动叉的转动轴线相互平行。

4.根据权利要求1所述的三平一转四自由度并联机构，其特征在于，所述动平台末端固接有吸盘。