CN206066428U - 一种三自由度并联平台机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三自由度并联平台机构，包括机架、动平台以及连接在机架和动平台之间的第一、第二和第三支脚，第一、第二和第三支脚均可伸缩，第一支脚的下部通过第一转轴转动安装在机架上，第一支脚的上部通过第二转轴转动安装在动平台上，第二支脚的下部通过第一十字连接件安装在机架上，第二支脚的上部通过第一球形铰链转动连接在动平台上，第三支脚的下部通过第二十字连接件安装在机架上，第三支脚的上部通过第二球形铰链转动连接在动平台上；本实用新型的机构可以用作海洋运动模拟器和海洋钻井稳定调平平台，具有刚度高，运动副数目少，几何结构简单，加工装配容易，工作空间较大，运动灵活性好，且控制简单等特点，有着良好的应用前景。

Description

一种三自由度并联平台机构

技术领域

本实用新型涉及并联机构技术领域，尤其涉及一种三自由度并联平台机构。

背景技术

并联机构相对于串联机构具有刚度大、承载能力强、累计误差小、精度高等优点，且六自由度并联机构能够实现六个自由度的位姿调整，但是一般情况下，由于自由度数目的增加，分支数目也会相应增加，控制过程的复杂程度也就相应增加。

近年来，少自由度并联机构中的三自由度并联机构越来越受到研究者的重视和青睐，尤其是能够实现二维移动和一维转动自由度的空间并联机构， 目前各国学者已综合出多种两移一转三自由度并联机构，但是刚度高，运动副数目少，几何结构简单，加工装配容易，工作空间较大，运动灵活性好，且控制简单的该类并联机构还相对较少，且将两移一转三自由度并联机构用作海洋运动模拟器的专利很少，而将其用作海洋钻井稳定调平平台的专利几乎没有。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种结构简单、工作空间较大且容易控制的三自由度并联平台机构。

本实用新型提供一种三自由度并联平台机构，所述三自由度并联平台机构包括机架和动平台，所述三自由度并联平台机构还包括连接在机架和动平台之间的第一支脚、第二支脚和第三支脚，所述第一支脚、第二支脚和第三支脚均可伸缩，所述第一支脚的下部通过一第一转轴转动安装在所述机架上，所述第一支脚的上部通过一第二转轴转动安装在所述动平台上，所述第二支脚的下部通过第一十字连接件转动安装在所述机架上，所述第一十字连接件包括相互垂直的第三转轴和第四转轴，所述第二支脚可分别绕所述第三转轴和第四转轴转动，所述第二支脚的上部通过第一球形铰链转动连接在所述动平台上，所述第三支脚的下部通过第二十字连接件转动安装在所述机架上，所述第二十字连接件包括相互垂直的第五转轴和第六转轴，所述第三支脚可分别绕所述第五转轴和第六转轴转动，所述第三支脚的上部通过第二球形铰链转动连接在所述动平台上。

进一步地，所述机架上固定有呈等边三角形分布的第一基座、第二基座和第三基座，所述第一转轴转动连接所述第一基座，所述第三转轴转动连接所述第二基座，所述第五转轴转动连接所述第三基座。

进一步地，所述动平台上固定有呈等边三角形分布的第四基座、第五基座和第六基座，所述第二转轴转动连接所述第四基座，所述第一球形铰链转动连接所述第五基座，所述第二球形铰链转动连接所述第六基座。

进一步地，所述第一支脚包括第一驱动杆和第二驱动杆，所述第二驱动杆通过第一移动副在所述第一驱动杆内做伸缩运动，所述第二支脚包括第三驱动杆和第四驱动杆，所述第四驱动杆通过第二移动副在所述第三驱动杆内做伸缩运动，所述第三支脚包括第五驱动杆和第六驱动杆，所述第六驱动杆通过第三移动副在所述第五驱动杆内做伸缩运动。

进一步地，所述第一转轴的轴线与所述第二转轴的轴线平行且与所述第一移动副的轴线垂直，所述第四转轴的轴线与所述第二移动副的轴线垂直，所述第六转轴的轴线与所述第三移动副的轴线垂直。

进一步地，所述第一移动副、所述第二移动副和所述第三移动副分别被驱动，第一支脚、第二支脚和第三支脚控制动平台的位置实现其两个移动自由度，一个是垂直于机架平面的方向，另一个是平行于机架平面且垂直于第一转轴的方向，该三个支脚同时能够控制动平台的姿态实现其绕第一转轴的轴线转动的转动自由度。

进一步地，所述第一移动副、所述第二移动副和所述第三移动副均作为主动驱动运动副，驱动方式为电机驱动或液压缸驱动。

本实用新型的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的三自由度并联平台机构包括三个支脚，机构刚度高，机构运动副数目少，几何结构简单，加工装配容易，工作空间较大，运动灵活性好，且控制简单，可以用作海洋运动模拟器和海洋钻井稳定调平平台，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型三自由度并联平台机构的结构示意图。

图2是本实用新型三自由度并联平台机构的另一结构示意图。

图3是本实用新型三自由度并联平台机构作为海洋钻井稳定调平平台的结构示意图。

图中：1-机架，11-第一基座，12-第二基座，13-第三基座，2-动平台，21-第四基座，22-第五基座，23-第六基座，3-第一支脚，31-第一转轴，32-第一驱动杆，33-第一移动副，34-第二驱动杆，35-第二转轴，4-第二支脚，41-第一十字连接件，411-第三转轴，412-第四转轴，44-第三驱动杆，45-第二移动副，46-第四驱动杆，47-第一球形铰链，5-第三支脚，51-第二十字连接件，511-第五转轴，512-第六转轴，54-第五驱动杆，55-第三移动副，56-第六驱动杆，57-第二球形铰链，6-海上钻井平台或钻井船，7-三自由度并联平台，8-钻机。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种三自由度并联平台机构，包括机架1、动平台2以及机架1和动平台2之间的并联的第一支脚3、第二支脚4和第三支脚5，机架1上固定有呈等边三角形分布的第一基座11、第二基座12和第三基座13，动平台2下侧固定有呈等边三角形分布的第四基座21、第五基座22和第六基座23。

第一支脚3包括第一驱动杆32和第二驱动杆34。第一驱动杆32的下端通过第一转轴31转动连接第一基座11，因此第一驱动杆32可以绕第一转轴31转动。第一驱动杆32通过第一移动副33连接第二驱动杆34，第一驱动杆32（相当于缸筒）为中空，第二驱动杆34（相当于活塞杆）通过第一移动副33在第一驱动杆32内做伸缩运动，从而调节第一支脚3的高度。第二驱动杆32的上端通过第二转轴35转动连接第四基座21，因此第二驱动杆34可以绕第二转轴35转动。其中，第一转轴31的轴线与第二转轴35的轴线平行，且与第一移动副33的轴线垂直。

第二支脚4包括第一十字连接件41、第三驱动杆44和第四驱动杆46。第三驱动杆44的下端通过第一十字连接件41转动连接第二基座12，第一十字连接件41包括相互垂直的第三转轴411和第四转轴412，因此，第三驱动杆44可以绕第三转轴411转动，也可以绕第四转轴412转动。第三驱动杆44通过第二移动副45连接第四驱动杆46，第三驱动杆44（缸筒）为中空，第四驱动杆46（活塞杆）通过第二移动副45在第三驱动杆44内做伸缩运动，从而调节第二支脚4的高度。第四驱动杆46的上端通过第一球形铰链47转动连接第五基座22，第四驱动杆46可以与第一球形铰链47的连接点为支点在第一球形铰链47约束的圆锥空间范围内进行转动。其中，第四转轴412的轴线与第二移动副45的轴线垂直。

第三支脚5包括第二十字连接件51、第五驱动杆54和第六驱动杆56。第五驱动杆54的下端通过第二十字连接件51转动连接第三基座13，第二十字连接件51包括相互垂直的第五转轴511和第六转轴512，因此，第五驱动杆54可以绕第五转轴511转动，也可以绕第六转轴512转动。第五驱动杆54通过第三移动副55连接第六驱动杆56，第五驱动杆54（缸筒）为中空，第六驱动杆56（活塞杆）通过第三移动副55在第五驱动杆54内做伸缩运动，从而调节第三支脚5的高度。第六驱动杆56的上端通过第二球形铰链57连接第六基座23，第六驱动杆56可以与第二球形铰链57的连接点为支点在第二球形铰链57约束的圆锥空间范围内进行转动。其中，第六转轴512的轴线与第三移动副55的轴线垂直。

参考图2，图2是图1中的机构在运动后的结构图。第一移动副33、第二移动副45和第三移动副55分别被驱动，第二支脚3、第二支脚4和第三支脚5控制动平台2的位置实现其两个移动自由度，一个是垂直于机架1平面的方向b，另一个是平行于机架1平面且垂直于第一转轴31的方向a，三个支脚同时能够控制动平台2的姿态实现其绕第一转轴31的轴线c转动的转动自由度。此两移一转三自由度并联平台机构可以作为海洋运动模拟器。

参考图3，图3是图1中的机构作为海洋钻井稳定调平平台的结构图。图3中包括海上钻井平台或钻井船6、三自由度稳定调平平台7和钻机8；该三自由度稳定调平平台7的机架1安装在该海上钻井平台或钻井船6上，钻机8安装在三自由度稳定调平平台7的动平台2上。在三自由度稳定调平平台7的机架1、动平台2和海上钻井平台或钻井船6上均开设了通孔，用来让钻杆穿过，此三自由度并联平台可以通过三自由度的位姿补偿，实现钻机的位姿在三个方向上保持不变。

本实用新型实施例中，第一移动副33、第二移动副45和第三移动副55均作为主动驱动运动副，驱动方式可为电机驱动或液压缸驱动。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三自由度并联平台机构，包括机架和动平台，其特征在于：所述三自由度并联平台机构还包括连接在机架和动平台之间的第一支脚、第二支脚和第三支脚，所述第一支脚、第二支脚和第三支脚均可伸缩，所述第一支脚的下部通过一第一转轴转动安装在所述机架上，所述第一支脚的上部通过一第二转轴转动安装在所述动平台上，所述第二支脚的下部通过第一十字连接件转动安装在所述机架上，所述第一十字连接件包括相互垂直的第三转轴和第四转轴，所述第二支脚可分别绕所述第三转轴和第四转轴转动，所述第二支脚的上部通过第一球形铰链转动连接在所述动平台上，所述第三支脚的下部通过第二十字连接件转动安装在所述机架上，所述第二十字连接件包括相互垂直的第五转轴和第六转轴，所述第三支脚可分别绕所述第五转轴和第六转轴转动，所述第三支脚的上部通过第二球形铰链转动连接在所述动平台上。

2.如权利要求1所述的三自由度并联平台机构，其特征在于：所述机架上固定有呈等边三角形分布的第一基座、第二基座和第三基座，所述第一转轴转动连接所述第一基座，所述第三转轴转动连接所述第二基座，所述第五转轴转动连接所述第三基座。

3.如权利要求1所述的三自由度并联平台机构，其特征在于：所述动平台上固定有呈等边三角形分布的第四基座、第五基座和第六基座，所述第二转轴转动连接所述第四基座，所述第一球形铰链转动连接所述第五基座，所述第二球形铰链转动连接所述第六基座。

4.如权利要求1所述的三自由度并联平台机构，其特征在于：所述第一支脚包括第一驱动杆和第二驱动杆，所述第二驱动杆通过第一移动副在所述第一驱动杆内做伸缩运动，所述第二支脚包括第三驱动杆和第四驱动杆，所述第四驱动杆通过第二移动副在所述第三驱动杆内做伸缩运动，所述第三支脚包括第五驱动杆和第六驱动杆，所述第六驱动杆通过第三移动副在所述第五驱动杆内做伸缩运动。

5.如权利要求4所述的三自由度并联平台机构，其特征在于：所述第一转轴的轴线与所述第二转轴的轴线平行且与所述第一移动副的轴线垂直，所述第四转轴的轴线与所述第二移动副的轴线垂直，所述第六转轴的轴线与所述第三移动副的轴线垂直。

6.如权利要求4所述的三自由度并联平台机构，其特征在于：所述第一移动副、所述第二移动副和所述第三移动副分别被驱动，第一支脚、第二支脚和第三支脚控制动平台的位置实现两个移动自由度，一个是垂直于机架平面的方向，另一个是平行于机架平面且垂直于第一转轴的方向，该三个支脚同时能够控制动平台的姿态实现绕第一转轴的轴线转动的转动自由度。

7.如权利要求4所述的三自由度并联平台机构，其特征在于：所述第一移动副、所述第二移动副和所述第三移动副均作为主动驱动运动副，驱动方式为电机驱动或液压缸驱动。