CN114918903B - 一种三平二转五自由度并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三平二转五自由度并联机构，包括固定架、联动转轴、主平台、副平台、大带轮、小带轮、带、吸盘、布置在所述联动转轴和主平台之间的第一、第二、第三支链，布置在所述固定架与副平台之间的第四和第五支链；五条支链均包括U形叉、主动臂、从动臂，拉簧和球接头；所述U形叉与主动臂转动连接，与联动转轴或固定架固接，所述联动转轴与固定架转动连接；所述从动臂通过球接头与主动臂、旋转接头及主平台相连；所示副平台与旋转接头或主平台转动连接，所述小带轮与大带轮分别与主平台和副平台相连。本发明结构紧凑、布局巧妙，即可实现大角度的摆动和末端旋转运动的放大。

Description

一种三平二转五自由度并联机构

技术领域

本发明涉及一种并联机构，特别是一种具有空间三维平动二维转动的五自由度并联机构。

背景技术

空间三维平动二维转动的五自由度并联机构可满足测量、喷涂、搬运、装配等作业要求。

专利文献CN206263949U公开了一种三平两转五自由度并联机构，包括三自由度平动结构和被动纯平动结构，三自由度平动结构上具有定平台和动平台，定平台内固定安装有主动虎克铰，动平台内固定安装有被动虎克铰，被动纯平动结构上端与主动虎克铰转动连接，该被动纯平动结构下端与被动虎克铰转动连接。动平台在三自由度平动结构带动实现三维平动运动，被动纯平动结构通过虎克铰实现相对于动平台的的二维转动，从而使机构既有三个平动自由度，又有两个转动自由度。

专利文献CN106426102A公开了一种可实现三维平动两维转动的并联机构，包括固定架、动平台、转动连接在固定架上的大转轴、转动连接在动平台上的小转轴、布置在两转轴之间的第一、第二支链以及布置在固定架和动平台之间的第三、第四支链。四条支链均包含伸缩杆，动平台在伸缩杆的带动下实现三维平动和二维转动，从而使机构实现三维平移运动以及二维旋转。

虽然以上结构紧凑，设计巧妙，但无法实现大转角范围的转动。

发明内容

为解决上述现有技术问题，本发明的提供了一种具有大转动范围的三维平动二维转动的并联机构。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种三平二转五自由度并联机构，包括固定架、主平台、副平台；还包括：

布置在固定架与主平台之间的第一支链、第二支链和第三支链；

布置在所述固定架与副平台之间的第四支链和第五支链；

所述主平台与副平台转动连接；所述主平台上转动连接有小带轮，所述副平台上固接有大带轮，且大带轮和小带轮通过带连接，大带轮的轴线与连接所述主平台与副平台的转动轴线共线；

上述五个支链均包括U形叉、主动臂驱动装置、主动臂、第一从动臂、第二从动臂，所述主动臂驱动装置固接在U形叉上，所述主动臂的一端与U形叉转动连接，且与对应的主动臂驱动装置的驱动端固接；主动臂的另一端两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端通过球接头连接；第一从动臂、第二从动臂平行且等长；

所述第一支链、第二支链和第三支链的两个从动臂的另一端与主平台铰接，第四支链和第五支链的两个从动臂的另一端通过旋转接头与副平台连接；

所述第四支链和第五支链的U形叉与固定架固定连接；

所述第一支链、第三支链的U形叉能够相对固定架转动，且该两个支链的U形叉相对固定架的转动轴线共线；连接第一支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线、连接第三支链U形叉和对应主动臂的转动轴线平行，且与第二支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线垂直；

连接第二支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线、连接第四支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线、连接第五支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线、第一支链的U形叉相对固定架的转动轴线、第三支链的U形叉相对固定架的转动轴线，共五条轴线相互平行；

连接所述第四支链旋转接头与副平台的转动轴线、连接所述第五支链旋转接头与副平台的转动轴线、连接所述主平台与副平台的转动轴线，连接所述小带轮和主平台的转动轴线共四条轴线相互平行。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

本发明的三平二转五自由度并联机构结构紧凑、布局巧妙，即可实现大角度的摆动，又利用双平台结构实现末端旋转运动的放大；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为本发明旋转接头的结构示意图。

图4为本发明球接头的结构示意图。

图5为本发明带传动的结构示意图。

图6为本发明实施例2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、主平台，4、副平台，5、大带轮，6、小带轮，7、同步带，8、吸盘，I、第一支链，II、第二支链，III、第三支链，Ⅳ、第四支链，Ⅴ、第五支链；

第一支链的U形叉，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；

第二支链的U形叉，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；

第三支链的U形叉，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U形叉，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，412、第四支链的旋转接头；

52、第五支链的U形叉，53、第五支链的主动臂驱动装置，54、第五支链的主动臂，55、第五支链的第一球接头，56、第五支链的第二球接头，57、第五支链的第一从动臂，58、第五支链的第二从动臂，59、第五支链的第三球接头，510、第五支链的第四球接头，511、第五支链的拉簧，512、第五支链的旋转接头。

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

结合图1~图5，本实施例的一种三平二转五自由度并联机构，包括固定架1、联动转轴2、主平台3、副平台4、大带轮5、小带轮6、同步带7、吸盘8、布置在所述联动转轴2和主平台3之间的第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ，布置在所述固定架1与副平台4之间的第四支链Ⅳ和第五支链Ⅴ，所述联动转轴2与固定架1转动连接，所述主平台3与副平台4转动连接，所述小带轮6旋转的连接在主平台3上，所述大带轮5与副平台4固接，且大带轮5的轴线与连接所述主平台3与副平台4的转动轴线共线。所述大带轮5和小带轮6之间设有同步带7，所述大带轮5、小带轮6、同步带7构成带传动机构，所述吸盘8与小带轮6固接。

五条支链结构完全相同，每条支链均包括U形叉（12/22/32/42/52）、主动臂驱动装置（13/23/33/43/53）、主动臂（14/24/34/44/54）、第一从动臂（17/27/37/47/57）和第二从动臂（18/28/38/48/58），前三条支链的U形叉（12/22/32）分别与T字形的联动转轴2的三端固接，后两条支链的U形叉（42/52）分别与固定架1固接；主动臂驱动装置（13/23/33/43/53）固接在U形叉（12/22/32/42/52）上，所述主动臂（14/24/34/44/54）的一端转动连接于对应支链的U形叉（12/22/32/42/52）内，且与所述主动臂驱动装置（13/23/33/43/53）的驱动端固接，主动臂（14/24/34/44/54）的另一端的两侧分别与第一从动臂（17/27/37/47/57）、第二从动臂（18/28/38/48/58）的一端连接，每条支链中的第一从动臂（17/27/37/47/57）、第二从动臂（18/28/38/48/58）平行且等长；

所述第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ和第三支链Ⅲ的两个从动臂的另一端与主平台3铰接，第四支链Ⅳ和第五支链Ⅴ的两个从动臂的另一端通过旋转接头（412/512）与副平台4连接；

其中第一支链、第三支链的U形叉能够相对固定架转动，且该两个支链的U形叉相对固定架的转动轴线共线；连接第一支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线、连接第三支链U形叉和对应主动臂的转动轴线平行，且与第二支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线垂直；

连接第二支链Ⅱ的转动和对应主动臂24的转动轴线、连接第四支链的U形叉42和对应主动臂44的转动轴线、连接第五支链的U形叉52和对应主动臂54的转动轴线、第一支链的U形叉12相对固定架1的转动轴线、第三支链的U形叉32相对固定架1的转动轴线，共五条轴线相互平行；

连接所述第四支链旋转接头412与副平台4的转动轴线、连接所述第五支链旋转接头512与副平台4的转动轴线、连接所述主平台3与副平台4的转动轴线，连接所述小带轮6和主平台3的转动轴线共四条轴线相互平行。

在第一、第二、第三支链中，所述主动臂（14/24/34/44/54）与对应的第一从动臂（17/27/37/47/57）之间通过第一球接头（15/25/35/45/55）连接，主动臂（14/24/34/44/54）与对应的第二从动臂（18/28/38/48/58）之间通过第二球接头（16/26/36/46/56）连接，第一从动臂（17/27/37/47/57）与主平台3之间通过第三球接头（19/29/39/49/59）连接，第二从动臂（18/28/38/48/58）与主平台3之间通过第四球接头（110/210/310/410/510）连接；

所述第一球接头（15/25/35）和第二球接头（16/26/36）均与主动臂（14/24/34）固接；所述第三球接头（19/29/39）和第四球接头（110/210/310）均与主平台3固接；所述第一从动臂（17/27/37）的一端与第一球接头（15/25/35）球铰接，另一端与第三球接头（19/29/39）球铰接；所述第二从动臂（18/28/38）的一端与第二球接头16/26/36）铰接，另一端与第四球接头110/210/310）铰接；连接所述第一球接头（15/25/35）球心和第二球接头（16/26/36）球心的连线、连接第三球接头（19/29/39）球心和第四球接头（110/210/310）球心的连线、以及连接所述主动臂（14/24/34）与U形叉（12/22/32）的转动轴线相互平行。

在第四和第五支链中，所述主动臂（44/54）与对应的第一从动臂（47/57）之间通过第一球接头（45/55）连接，主动臂（44/54）与对应的第二从动臂（48/58）之间通过第二球接头（46/56）连接，第一从动臂（47/57）与旋转接头412之间通过第三球接头（49/59）连接，第二从动臂（48/58）与旋转接头512之间通过第四球接头（410/510）连接；

所述第一球接头（45/55）和第二球接头（46/56）均与主动臂（44/54）固接；所述第三球接头（49/59）和第四球接头（410/510）均与旋转接头（412/512）固接；所述第一从动臂（47/57）的一端与第一球接头（45/55）球铰接，另一端与第三球接头（49/59）球铰接；所述第二从动臂（48/58）的一端与第二球接头（46/56）球铰接，另一端与第四球接头（410/510）球铰接；连接所述第一球接头（45/55）球心和第二球接头（46/56）球心的连线、连接第三球接头（49/59）球心和第四球接头（410/510）球心的连线、以及连接所述主动臂（44/54）与U形叉（42/52）的转动轴线相互平行。

在五条支链中，所述第一从动臂（17/27/37/47/57）和对应的第二从动臂（18/28/38/48/58）上下两端之间均设有拉簧（111/211/311/411/511），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（111/211/311/411/511）的一端与第一从动臂（17/27/37/47/57）转动连接，另一端与第二从动臂（18/28/38/48/58）转动连接。

在五条支链中，过拉簧（111/211/311/411/511）与第一从动臂（17/27/37/47/57）的转动中心和拉簧（111/211/311/511）与第二从动臂（18/28/38/48/58）的转动中心的轴线，同连接主动臂（14/24/34/44/54）与U形叉（12/22/32/42/52）的转动轴线相互平行。

实施例

结合图6，本实施例的一种三平二转五自由度并联机构，与实施例1的区别在于取消了联动转轴2，第一支链Ⅰ和第三支链Ⅲ的U形叉（12/32）与固定架1转动连接；第二支链Ⅱ的U形叉22与固定架1固接。

连接所述固定架1和第一支链U形叉12的转动轴线、连接所述第二支链U形叉22和对应的主动臂24的转动轴线、连接所述固定架1和第三支链U形叉32的转动轴线、连接所述第四支链U形叉42和对应的主动臂44的转动轴线、连接所述第五支链U形叉52和对应的主动臂54的转动轴线，共五条轴线相互平行。

由上可知，本发明的并联机构结构紧凑，布局巧妙，可实现大转角范围的转动，同时动平台采用双平台结构，实现了末端旋转运动的放大；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 (6)

1.一种三平二转五自由度并联机构，包括固定架、主平台、副平台；其特征在于，还包括：

布置在固定架与主平台之间的第一支链、第二支链和第三支链；

布置在所述固定架与副平台之间的第四支链和第五支链；

所述主平台与副平台转动连接；所述主平台上转动连接有小带轮，所述副平台上固接有大带轮，且大带轮和小带轮通过带连接，大带轮的轴线与连接所述主平台与副平台的转动轴线共线；

上述第一支链、第二支链、第三支链、第四支链和第五支链均包括U形叉、主动臂驱动装置、主动臂、第一从动臂、第二从动臂，所述主动臂驱动装置固接在U形叉上，所述主动臂的一端与U形叉转动连接，且与对应的主动臂驱动装置的驱动端固接；主动臂的另一端两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端通过球接头连接；第一从动臂、第二从动臂平行且等长；

所述第一支链、第二支链和第三支链的两个从动臂的另一端与主平台铰接，第四支链和第五支链的两个从动臂的另一端通过旋转接头与副平台连接；

所述第四支链和第五支链的U形叉与固定架固定连接；

所述第一支链、第三支链的U形叉能够相对固定架转动，且第一支链、第三支链的U形叉相对固定架的转动轴线共线；连接第一支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线、连接第三支链U形叉和对应主动臂的转动轴线平行，且与连接第二支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线垂直；

连接第二支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线、连接第四支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线、连接第五支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线、第一支链的U形叉相对固定架的转动轴线、第三支链的U形叉相对固定架的转动轴线，共五条轴线相互平行；

连接所述第四支链旋转接头与副平台的转动轴线、连接所述第五支链旋转接头与副平台的转动轴线、连接所述主平台与副平台的转动轴线，连接所述小带轮和主平台的转动轴线共四条轴线相互平行。

2.根据权利要求1所述的三平二转五自由度并联机构，其特征在于，所述第一支链、第二支链和第三支链的U形叉均通过联动转轴与固定架相连；所述联动转轴与固定架转动连接，且转动轴线平行于连接第四支链的主动臂和对应U形叉的转动轴线；

上述第一支链、第二支链和第三支链的U形叉分别与T字形的联动转轴的三端固接。

3.根据权利要求1所述的三平二转五自由度并联机构，其特征在于，所述第一支链和第三支链的U形叉直接与固定架转动连接，第二支链U形叉与联动转轴固连；

连接所述固定架和第一支链的U形叉的转动轴线、连接第二支链的U形叉和对应主动臂的转动轴线、连接所述固定架和第三支链的U形叉的转动轴线、连接第四支链的U形叉和对应的主动臂的转动轴线、连接第五支链的第五支链和对应的主动臂的转动轴线，共五条轴线相互平行。

4.根据权利要求1-3任一项所述的三平二转五自由度并联机构，其特征在于，

五条支链的两个从动臂一端的球接头的球心连线，两个从动臂另一端的球接头的球心连线，以及连接所述主动臂与U形叉的转动轴线相互平行。

5.根据权利要求1-3任一项所述的三平二转五自由度并联机构，其特征在于，

所述第一从动臂和对应的第二从动臂之间设有两个拉簧，两个拉簧分别设置在第一从动臂和对应的第二从动臂的上下两端之间，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。

6.根据权利要求5所述的三平二转五自由度并联机构，其特征在于，

在五条支链中，经过拉簧与第一从动臂的转动中心和连接拉簧与第二从动臂的转动中心的轴线，同连接主动臂与对应U形叉的转动轴线相互平行。