CN208991218U - 一种用于振动筛的四自由度并联机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于振动筛的四自由度并联机构，包括定平台、动平台、四条简单支链，四条简单支链由简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ、简单支链Ⅲ、简单支链Ⅳ组成；所述定平台与动平台通过四条简单支链连接，四条简单支链的复合运动构成了动平台的输出运动。本实用新型所构建的四自由度的并联机构能实现空间三维平动和一维转动，可用于工厂中沙粒的筛选和生活中细小颗粒的筛分，是一种新型的并联机构，可以为加工制造提供帮助。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于振动筛的四自由度并联机构，属于并联机器人领域。
背景技术
2007年，沈惠平首次提出了基于并联机构的振动筛的新概念(简称:并联运动振动筛)，并联振动筛动平台的运动轨迹可实现振动筛筛面运动所要求的较理想的运动轨迹，克服了传统振动筛的筛面轨迹单一、“难筛粒”易堵孔的现象，且结构简单、制造加工容易、维修方便、筛分效率高等优点。其中，并联机构是并联运动振动筛装置的主体机构，它直接影响了并联运动振动筛的筛分效率，故振动筛主机构的拓扑结构优化设计在并联运动振动筛的设计中起着关键的作用。而振动筛的设计应该满足以下的设计原则：动平台必须具有二维以上运动输出；动平台通过几个相互关联的运动链与机架联接；每个支链由唯一的主动副驱动；驱动装置应位于或尽可能的接近机架，以利于驱动配置，并改善机构动力学性能；在相同情况下，所选机构的构件数及运动副数应尽可能少。考虑到制造成本，尽量用转动副代替移动副；在机型的优化改进过程中，使机构的自由度及耦合度k值逐渐减小，以使机构制造、使用简单，但要尽量使机构的方位特征集保持不变或者减少一个移动（或转动）；(3)机构在运动的过程中，要满足曲柄能够整周运动，不能发生干涉；
以往的振动筛机很少将并联机构考虑进去，导致了机构比较复杂，强度和刚度均比较低，并且振动筛大多为三自由度以下，这样振动筛的筛分效果不是非常明显。
发明内容
本实用新型提供了一种用于振动筛的四自由度并联机构，通过四条简单支链连接动、定平台构成，能够实现空间三维移动和一维转动，可将其用于振动筛中进行沙粒和一些细小颗粒的筛选。
本实用新型的技术方案是：一种用于振动筛的四自由度并联机构，包括定平台N、动平台M、四条简单支链，四条简单支链由简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ、简单支链Ⅲ、简单支链Ⅳ组成；
所述定平台N与动平台M通过四条简单支链连接，四条简单支链的复合运动构成了动平台M的输出运动；
所述简单支链Ⅰ对动平台M产生三维移动和一维转动的作用；
所述简单支链Ⅱ和简单支链Ⅳ结构相同，为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台M运动产生约束；
所述简单支链Ⅲ采用与简单支链Ⅰ相同的结构或者采用PSS结构。
所述简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ一端的运动副与定平台N的两条对边连接，简单支链Ⅱ、简单支链Ⅳ一端的运动副安装在定平台N任意位置，四条简单支链另一端的运动副分别与动平台M的四个角连接，位于定平台N对边的简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ一端的运动副轴线保持平行，四条支链不相交。
作为驱动副的与定平台N四条边分别连接的四条简单支链一端的运动副为：简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ的运动副为移动副，简单支链Ⅱ、简单支链Ⅳ的运动副为转动副或移动副；与动平台M的四个角连接的四条简单支链一端的运动副为：简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ的运动副为转动副，简单支链Ⅱ、简单支链Ⅳ的运动副为球副。
所述动平台M采用四边形形式；定平台N采用梯形或平行四边形形式，且与动平台M选用不同形式。
所述简单支链Ⅰ由转动副R12、转动副R13、转动副R14、移动副P11、连接杆一1、连接杆二2和连接杆三3组成；
其中连接杆一1一端通过移动副P11与定平台N相连，连接杆一1另一端通过转动副R12与连接杆二2一端相连，连接杆二2另一端通过转动副R13与连接杆三3一端相连，连接杆三3另一端通过转动副R14与动平台M相连；转动副R12、转动副R13、转动副R14的轴线和移动副P11轴线平行。
所述简单支链Ⅱ的串联链为RSS结构，简单支链Ⅱ由转动副R21、球副S22、球副S23、连接杆四4、连接杆五5组成；作为驱动副的转动副R21能由移动副代替实现将RSS结构转变为PSS结构；
其中连接杆四4的一端通过转动副R21与定平台N连接，连接杆四4另一端通过球副S22与连接杆五5一端相连，连接杆五5另一端通过球副S23与动平台M相连。
本实用新型的有益效果是：本实用新型所构建的四自由度的并联机构能实现空间三维平动和一维转动，可用于工厂中沙粒的筛选和生活中细小颗粒的筛分，是一种新型的并联机构，可以为加工制造提供帮助。
附图说明
图1为本实用新型的立体结构示意图；
图中各标号为：N-定平台、M-定平台、1-连接杆一、2-连接杆二、3-连接杆三、4-连接杆四、5-连接杆五、6-连接杆六、7-连接杆七、8-连接杆八、9-连接杆九、10-连接杆十。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1所示，一种用于振动筛的四自由度并联机构，包括定平台N、动平台M、四条简单支链，四条简单支链由简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ、简单支链Ⅲ、简单支链Ⅳ组成；
所述定平台N与动平台M通过四条简单支链连接，四条简单支链的复合运动构成了动平台M的输出运动；
所述简单支链Ⅰ对动平台M产生三维移动和一维转动的作用；
所述简单支链Ⅱ和简单支链Ⅳ结构相同，为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台M运动产生约束；
所述简单支链Ⅲ采用与简单支链Ⅰ相同的结构。
进一步地，可以设置所述简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ一端的运动副与定平台N的两条对边连接（即P11、P31所处的边为对边），简单支链Ⅱ、简单支链Ⅳ一端的运动副安装在定平台N任意位置，四条简单支链另一端的运动副分别与动平台M的四个角连接，位于定平台N对边的简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ一端的运动副轴线保持平行（即P11、P31轴线平行），四条支链不相交。
进一步地，可以设置作为驱动副的与定平台N四条边分别连接的四条简单支链一端的运动副为：简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ的运动副为移动副，简单支链Ⅱ、简单支链Ⅳ的运动副为转动副或移动副；与动平台M的四个角连接的四条简单支链一端的运动副为：简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ的运动副为转动副，简单支链Ⅱ、简单支链Ⅳ的运动副为球副。
进一步地，可以设置所述动平台M采用四边形形式（如不规则四边形、梯形、平行四边形）；定平台N采用梯形或平行四边形形式（如梯形包括一般梯形、等腰梯形、直角梯形，平行四边行包括不规则四边形、梯形、平行四边形），且与动平台M选用不同形式。
进一步地，可以设置所述简单支链Ⅰ由转动副R12、转动副R13、转动副R14、移动副P11、连接杆一1、连接杆二2和连接杆三3组成；其中连接杆一1一端通过移动副P11与定平台N相连，连接杆一1另一端通过转动副R12与连接杆二2一端相连，连接杆二2另一端通过转动副R13与连接杆三3一端相连，连接杆三3另一端通过转动副R14与动平台M相连；转动副R12、转动副R13、转动副R14的轴线和移动副P11轴线平行。简单支链Ⅲ采用简单支链Ⅰ相同的结构，由转动副R32、转动副R33、转动副R34、移动副P31、连接杆六6、连接杆七7、连接杆八8组成；其中连接杆六6的一端通过移动副P31与定平台N相连，另一端通过转动副R32与连接杆七7相连，连接杆七7又通过转动副R33与连接杆八8相连。连接杆八8另一端通过转动副R34与动平台M相连。三个转动副R32、R33、R34的轴线应该和移动副P31轴线平行。
进一步地，可以设置所述简单支链Ⅱ的串联链为RSS结构，简单支链Ⅱ由转动副R21、球副S22、球副S23、连接杆四4、连接杆五5组成；作为驱动副的转动副R21能由移动副代替实现将RSS结构转变为PSS结构；其中连接杆四4的一端通过转动副R21与定平台N连接，连接杆四4另一端通过球副S22与连接杆五5一端相连，连接杆五5另一端通过球副S23与动平台M相连。简单支链Ⅳ与该结构相同，由转动副 R41、球副S42、球副 S43、连接杆九9、连接杆十10组成；其中连接杆九9的一端通过转动副R41与定平台N连接，另一端通过球副S42与连接杆十10相连，连接杆十10又通过球副S43与动平台M相连；同时该简单支链的RSS机构可以用PSS结构代替，不影响其工作效果。
实施例2：与实施例1，基本相同，其不同之处在于：所述简单支链Ⅲ采用PSS结构。该结构为与简单支链Ⅱ和简单支链Ⅳ采用PSS结构时相同的结构。
本实用新型的工作原理是：
该机构因为简单支链Ⅰ的作用是使得动平台M的两个转动副受到约束，此时动平台具有三平移一转动（3T1R）运动，简单支链Ⅲ的效果和简单支链Ⅰ的效果相同，该支链也是产生三平移一转动（3T1R），该支链的存在使得振动筛的强度和刚度得到保障。而加入的简单支链Ⅱ和简单支链Ⅳ为自由运动链，不对动平台运动产生约束，四条支链求交集，仍为三平移一转动机构；同时，简单支链Ⅱ和简单支链Ⅳ还能增加并联机构的强度和刚度。若简单支链Ⅲ采用PSS结构，则效果与简单支链Ⅱ相同。若如图中的布局下还能使得使得该机构呈现空间对称性。与定平台连接的运动副共同作为驱动副。
上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种用于振动筛的四自由度并联机构，其特征在于：包括定平台（N）、动平台（M）、四条简单支链，四条简单支链由简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ、简单支链Ⅲ、简单支链Ⅳ组成；
所述定平台（N）与动平台（M）通过四条简单支链连接，四条简单支链的复合运动构成了动平台（M）的输出运动；
所述简单支链Ⅰ对动平台（M）产生三维移动和一维转动的作用；
所述简单支链Ⅱ和简单支链Ⅳ结构相同，为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台（M）运动产生约束；
所述简单支链Ⅲ采用与简单支链Ⅰ相同的结构或者采用PSS结构。
2.根据权利要求1所述的用于振动筛的四自由度并联机构，其特征在于：所述简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ一端的运动副与定平台（N）的两条对边连接，简单支链Ⅱ、简单支链Ⅳ一端的运动副安装在定平台（N）任意位置，四条简单支链另一端的运动副分别与动平台（M）的四个角连接，位于定平台（N）对边的简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ一端的运动副轴线保持平行，四条支链不相交。
3.根据权利要求2所述的用于振动筛的四自由度并联机构，其特征在于：作为驱动副的与定平台（N）四条边分别连接的四条简单支链一端的运动副为：简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ的运动副为移动副，简单支链Ⅱ、简单支链Ⅳ的运动副为转动副或移动副；与动平台（M）的四个角连接的四条简单支链一端的运动副为：简单支链Ⅰ、简单支链Ⅲ的运动副为转动副，简单支链Ⅱ、简单支链Ⅳ的运动副为球副。
4.根据权利要求1所述的用于振动筛的四自由度并联机构，其特征在于：所述动平台（M）采用四边形形式；定平台（N）采用梯形或平行四边形形式，且与动平台（M）选用不同形式。
5.根据权利要求1所述的用于振动筛的四自由度并联机构，其特征在于：所述简单支链Ⅰ由转动副R12、转动副R13、转动副R14、移动副P11、连接杆一（1）、连接杆二（2）和连接杆三（3）组成；
其中连接杆一（1）一端通过移动副P11与定平台（N）相连，连接杆一（1）另一端通过转动副R12与连接杆二（2）一端相连，连接杆二（2）另一端通过转动副R13与连接杆三（3）一端相连，连接杆三（3）另一端通过转动副R14与动平台（M）相连；转动副R12、转动副R13、转动副R14的轴线和移动副P11轴线平行。
6.根据权利要求1所述的用于振动筛的四自由度并联机构，其特征在于：所述简单支链Ⅱ的串联链为RSS结构，简单支链Ⅱ由转动副R21、球副S22、球副S23、连接杆四（4）、连接杆五（5）组成；作为驱动副的转动副R21能由移动副代替实现将RSS结构转变为PSS结构；
其中连接杆四（4）的一端通过转动副R21与定平台（N）连接，连接杆四（4）另一端通过球副S22与连接杆五（5）一端相连，连接杆五（5）另一端通过球副S23与动平台（M）相连。
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