CN201645493U - 交叉型二自由度并联机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种交叉型二自由度并联机构。目的是提供的机构具有更小的横向尺寸。技术方案是：交叉型二自由度并联机构，由动平台、定平台以及连接动平台与定平台的支链构成；支链的底端与动平台铰接而顶端与定平台上的滑动副铰接；各铰接点的铰接轴线全部相互平行却与滑动副的运动方向相互垂直；支链包括呈X形布置的多根连杆，其中第三连杆和第四连杆位于同一运动平面，并且它们的顶端共同铰接在定平台的滑动副上，而底端则共同铰接在动平台右侧；第一连杆和第二连杆分别平行布置在第三连杆和第四连杆的前后两侧，它们的顶端分别与定平台右侧的一个滑动副铰接且两个铰接点的铰接轴线同轴，而底端则共同铰接在动平台左侧且两个铰接点的铰接轴线也同轴。

Description

交叉型二自由度并联机构

技术领域

本实用新型涉及一种运动机构，尤其是二自由度并联机构。

背景技术

少自由度并联机器人的机构自由度数少于6。对于实际应用中大量要求自由度少于6的操作任务，多余的自由度增加了系统硬件、软件以及后期维护的复杂性，成本也相应增加。少自由度并联机器人的研究和应用近10年来一直受到国际相关学术界和工业界的高度关注，特别是少自由度并联机器人机构学中构型综合理论与设计方法更成为热点问题。

大多数工业上采用的2自由度移动并联机构，用于物品的取和放，要求有两个方向自由度，并保持平台方位的稳定。除了使用两个转动副的串联机器人来解决外，还有一些提出了闭环运动链的解决方案，其中大部分采用一个平行四连杆来创建一个约束来保持平台方位的稳定。

Brogardh(布罗加尔)在2001年提出了一个2自由度移动并联机构，在移动副驱动和末端平台之间用一个平行四连杆相连，用转动驱动代替移动驱动，还可以得到一个等效的机构。在最近的2008年的法国蒙彼利埃的一次关于并联机构未来研究方向的会议上，CEDRIC BARADAT(塞德里克·巴拉达特)又提出一个新型2自由度并联机器人。对现有技术的文献检索发现，国内的也对2自由度移动并联机构进行了不少的研究，例如，CN2511447Y提出的二自由度平动并联机器人机构，采用平行支链结构实现动平台的平动，运动副全为转动副，结构简单可靠，高速、低成本等优点；CN2675355Y提出的二自由度移动并联机器人机构，具有高精度、结构简单、制造成本低、重量轻等优点；CN101224578A提出的二自由度平移运动并联机构，采用虎克铰的运动约束实现平移运动，改善了机构的受力状况，提高了机构的刚度；CN101224577A提出的转动副驱动的二自由度高速平移运动并联机器人机构，通过虎克铰形成空间约束，改善了受力状况，保证了在高速运动时的动态和静态刚度；CN101190527A提出的二自由度移动并联解耦机构，结合二力桁架结构，平行四边形结构，使得并联机构实现了两自由度的解耦；CN101104272A提出的另一种二自由度平面并联机器人机构，采用直线电机驱动，气浮导轨支撑，以及气浮旋转关节，实现无摩擦、无磨损驱动。机器人的工作空间是机器人操作器的工作区域，对于上述并联机构来说，工作空间小是其最大的一个缺点。为满足更大的工作空间需求，必然使得机构整体尺寸大大增加，同时成本与占地面积也大大增加，如何在满足工作要求的情况下尽可能地减少机构尺寸，是实用新型设计的一个关键问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述背景技术存在的不足，提供一种具有更小横向尺寸的交叉型二自由度并联机构。

本实用新型采用的技术方案是：

交叉型二自由度并联机构，由动平台、定平台以及连接动平台与定平台的支链构成；其特征在于所述支链的底端与动平台铰接，支链的顶端与定平台上的滑动副铰接；上述各铰接点的铰接轴线全部相互平行，滑动副的运动方向也全部相互平行，铰接轴线与滑动副的运动方向则相互垂直；所述的支链包括呈X形布置的多根连杆，其中左上右下且相互平行布置的第三连杆和第四连杆位于同一运动平面，并且第三连杆和第四连杆的顶端共同铰接在定平台左侧的一个滑动副上，第三连杆和第四连杆的底端则共同铰接在动平台右侧；而右上左下且相互平行布置的第一连杆和第二连杆分别平行布置在第三连杆和第四连杆的前后两侧，并且第一连杆和第二连杆的顶端分别与定平台右侧的一个滑动副铰接，且两个铰接点的铰接轴线同轴；而第一连杆和第二连杆的底端则共同铰接在动平台左侧，两个铰接点的铰接轴线也同轴。

该机构还配置与第一连杆及第二连杆平行的第五连杆和第六连杆；第五连杆和第六连杆的顶端分别铰接在前述第一连杆及第二连杆所铰接的定平台的滑动副上，第五连杆和第六连杆的底端也同样与所述的动平台铰接。

所述滑动副包括机架上的导轨以及可在导轨上往复滑动的滑块；各连杆的顶端通过与滑块的铰接实现所述的与滑动副的铰接。

所述各铰接点均采用铰接轴与铰接孔配合的铰接结构。

所述的各连杆全部等长。

该机构上还配置一夹具，该夹具位于动平台正下方，夹具的对称中心线垂直于动平台的平面。

本实用新型的有益的效果是：由于采用了交叉型的连杆布置，机构的导轨具有更小的横向尺寸，且该机构具有结构简单可靠，刚度高，制造成本低，易于控制等优点，可作为工业机器人。

附图说明

图1是本实用新型实施例之一的主视结构示意图。

图2是图1实施例的立体结构示意图。

图3本实用新型实施例之二的主视结构示意图。

图4是图3实施例的立体结构示意图。

图5是图1中的A部放大结构示意图。

图6是图2中的D部放大结构示意图。

图7是图3中的B部放大结构示意图。

图8是图4中的E部放大结构示意图。

图中：1、定平台，2、第一滑块，3、第二滑块，4、第三滑块，5、第一铰接点，6、第二铰接点，7、第一连杆，8、第二连杆，9、第三铰接点，10、第四铰接点，11、第三连杆，12、第四连杆，13、第五铰接点，14、第六铰接点，15、第七铰接点，17、动平台，18、夹具，19、第一导轨，20、第二导轨，21、第三导轨，23、第五连杆，24、第六连杆，26、第九铰接点，27、第十铰接点，28、第十一铰接点，30、机架支脚。

具体实施方式

机器人的工作空间是机器人操作器的工作区域，并联机器人的一个重要指标是工作空间和自身所占空间比。本实用新型的目标是在满足工作空间的前提下减少机构本身的体积，以有效降低成本，减少占地面积，并使机构更加紧凑，更容易控制。

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

实施例1：

图1、图2、图5、图6所示的实施例1中，导轨19、导轨20以及导轨21(图中显示的导轨均是滑杆；也可选用常规的各种典型机构)相互平行固定在定平台1的下端平面上；第一滑块2、第二滑块3和第三滑块4分别与导轨19、导轨20以及导轨21嵌合并且可在所嵌合的导轨上水平往复滑动。第三连杆11、第四连杆12左上右下斜向布置且位于同一运动平面，这两个连杆的两端共同铰接的第一滑块2、动平台17与第三连杆11、第四连杆12组成了平行四连杆机构。第一连杆7、第二连杆8则右上左下斜向布置且分别位于第三连杆和第四连杆的前后两侧，第一连杆7、第二连杆8的顶端分别与第三滑块4和第二滑块3铰接(形成转动副)，且第一铰接点5和第二铰接点6同轴；第一连杆7、第二连杆8的底端共同铰接在动平台17上，两个铰接点(图中仅显示第七铰接点15)也同轴。上述平行四连杆机构与第一连杆7、第二连杆8呈交叉的X形布置，即位于定平台1左侧的第一滑块2通过第三连杆11、第四连杆12连接动平台17的右侧，位于定平台1右侧的第三滑块4和第二滑块3通过第一连杆7、第二连杆8连接动平台17的左侧；夹具18位于动平台正下方，其对称中心线垂直于动平台。动平台运动时有两个自由度，水平移动和垂直移动。采用两个电机(图中电机省略)分别驱动定平台左侧和右侧的滑块，可带动动平台作空间运动。使用时可驱动第二滑块3和第三滑块4中的任意一个，另一个仅用于平衡力矩。

实施例2：

图3、图4、图7、图8所示的实施例2，是在实施例1的基础上增设了一对平行布置的连杆，具体是配置了与第一连杆7及第二连杆8平行的第五连杆23和第六连杆24；并且第五连杆23的顶端铰接在前述第一连杆7所铰接的定平台的第三滑块4(铰接点27)上，第六连杆24的顶端铰接在前述第二连杆8所铰接的定平台的第二滑块3(铰接点26)上，并且铰接点27与铰接点26的轴线同轴；第五连杆23和第六连杆24的底端也同样与所述的动平台铰接，两个铰接点(图中仅显示铰接点28)的轴线也同轴。

显然，该机构中的第一连杆7、第五连杆23、第三滑块4与动平台17组成了一个平行四连杆机构；第二连杆8、第六连杆24、第二滑块3与动平台17组成了另一个平行四连杆机构。并且上述结构中，第一连杆7与第五连杆23还处于同一个运动平面，第二连杆8与第六连杆24也处于同一个运动平面，这两个运动平面相互平行。动平台运动时仍然具有水平移动和垂直移动两个自由度；采用两个电机可分别驱动定平台左侧和右侧的滑块，以带动动平台作空间运动。可驱动定平台右侧的第二滑块3、第三滑块4中任意一个，另一个仅作平衡力矩用。

显然，较之实施例1，实施例2的结构更加稳定，可承受更大的负载。

尚需说明的是：为图面清晰，图中所有铰接点仅画出铰接孔，铰接轴均予省略。

Claims (6)

1.交叉型二自由度并联机构，由动平台(17)、定平台(1)以及连接动平台与定平台的支链构成；其特征在于所述支链的底端与动平台铰接，支链的顶端与定平台上的滑动副铰接；上述各铰接点的铰接轴线全部相互平行，滑动副的运动方向也全部相互平行，铰接轴线与滑动副的运动方向则相互垂直；所述的支链包括呈X形布置的多根连杆，其中左上右下且相互平行布置的第三连杆(11)和第四连杆(12)位于同一运动平面，并且第三连杆和第四连杆的顶端共同铰接在定平台(1)左侧的一个滑动副上，第三连杆和第四连杆的底端则共同铰接在动平台(17)右侧；而右上左下且相互平行布置的第一连杆(7)和第二连杆(8)分别平行布置在第三连杆(11)和第四连杆(12)的前后两侧，并且第一连杆和第二连杆的顶端分别与定平台(1)右侧的一个滑动副铰接，且两个铰接点的铰接轴线同轴；而第一连杆和第二连杆的底端则共同铰接在动平台(17)左侧，两个铰接点的铰接轴线也同轴。

2.根据权利要求1所述的交叉型二自由度并联机构，其特征在于该机构还配置与第一连杆(7)及第二连杆(8)平行的第五连杆(23)和第六连杆(24)；第五连杆和第六连杆的顶端分别铰接在前述第一连杆及第二连杆所铰接的定平台的滑动副上，第五连杆和第六连杆的底端也同样与所述的动平台(17)铰接。

3.根据权利要求1或2所述的交叉型二自由度并联机构，其特征在于所述滑动副包括机架上的导轨以及可在导轨上往复滑动的滑块；各连杆的顶端通过与滑块的铰接实现所述的与滑动副的铰接。

4.根据权利要求3所述的交叉型二自由度并联机构，其特征在于所述各铰接点均为采用铰接轴与铰接孔配合的铰接结构。

5.根据权利要求4所述的交叉型二自由度并联机构，其特征在于所述的各连杆全部等长。

6.根据权利要求5所述的交叉型二自由度并联机构，其特征在于该机构上还配置一夹具(18)，该夹具位于动平台(17)正下方，夹具的对称中心线垂直于动平台的平面。

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