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CN101708611B - 一种具有三维平动一维转动的并联机构 - Google Patents

一种具有三维平动一维转动的并联机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有三维平动一维转动的并联机构，包括固定架、动平台以及对称布置在所述固定架与动平台之间的四条结构相同的支链；每条支链包括近架杆和两个平行的远架杆，近架杆一端与固定在固定架上的驱动端固接，另一端与上连接轴固接；远架杆一端与所述上连接轴球铰接，另一端与固接在动平台上的下连接轴球铰接；动平台包括通过转动副连接、相互垂直的主平台和副平台，主平台和副平台的两端分别连接有相应的下连接轴。本发明结构简单，运动方式明确，可满足复杂抓放操作的要求。由于驱动端的对称分布，可提高机构在整个工作空间的刚度，同时还可通过调换主平台和副平台，或配以换向机构，实现三个正交方向的转动自由度。

Description

一种具有三维平动一维转动的并联机构
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种机器人的具有空间三维平动一维转动的并联机构。
背景技术
根据专利US20090019960A1和EP1084802B1可知，现有的可实现三维平动一维转动的并联机构，包括四个主动支链和一个动平台，每条支链包括近架杆和远架杆两部分。其中近架杆一端相对于固定机架仅具有一个移动或转动自由度，另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与远架杆的一端连接；远架杆另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与动平台连接，从而保证机构的平动；动平台由四个部件组成，其中两个部件需相互平行，另外两个部件与前述两个相互平行的部件通过转动铰链连接，通过部件之间的相互转动可实现绕垂直于动平台的轴线的转动自由度，同时配以相应的放大机构可扩大转角范围。上述机构的局限性在于：只能实现绕垂直于动平台轴线的转动。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可绕水平轴转动的三维平动一维转动的并联机构。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种具有三维平动一维转动的并联机构，包括固定架、动平台以及对称布置在所述固定架与动平台之间的四条结构相同的支链；每条支链包括近架杆和两个平行的远架杆，所述近架杆一端与固定在固定架上的驱动端固接，另一端与上连接轴固接；所述远架杆一端与所述上连接轴球铰接，另一端与固接在所述动平台上的下连接轴球铰接；所述动平台包括通过转动副连接、相互垂直的主平台和副平台，所述副平台可绕主平台轴线转动，所述主平台和副平台的两端分别连接有相应的所述下连接轴。
所述主平台和副平台之间安装有换向机构。
所述换向机构为一套或并联的多套。
所述副平台两侧对称安装有所述换向机构，所述副平台每侧的所述换向机构为一套或并联的多套。
所述换向机构包括与所述副平台固接的主动圆锥齿轮和与所述主动圆锥齿轮啮合的固接在所述主平台上的从动圆锥齿轮。
所述主平台的轴线与所述副平台上连接的下连接轴轴线平行。
本发明具有的优点和积极效果是：结构简单，运动方式明确，可满足复杂抓放操作的要求。由于驱动端的对称分布，可提高机构在整个工作空间的刚度，同时还可通过调换主平台和副平台，或配以换向机构，实现三个正交方向的转动自由度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中动平台的结构示意图；
图3为本发明中动平台配有换向装置的结构示意图。
图中：1、固定架，2、近架杆，3、上连接轴，4、下连接轴，5a、5b、6a、6b、球铰链，7、远架杆I，8、远架杆II，9、副平台，10、主平台，11、动平台，12、主平台轴线，13、驱动端，14、轴瓦盖，15、从动圆锥齿轮，16、主动圆锥齿轮，17、换向机构。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图2，本发明一种具有三维平动一维转动的并联机构，包括固定架1、动平台11以及对称布置在所述固定架1与动平台11之间的四条结构相同的支链构成；每条支链由近架杆2、远架杆I 7、远架杆II 8和连接所述近架杆2和远架杆I 7与远架杆II 8的上连接轴3构成。所述近架杆2的一端与固定架1的驱动端13固接，其另一端与上连接轴3固接；所述远架杆I 7和远架杆II 8平行设置，其一端分别通过球铰链5a、6a与所述上连接轴3连接，另一端分别通过球铰链5b、6b与固接于所述动平台11上的下连接轴4球铰接。所述固定架1的驱动端13为与其固接的近架杆2提供一个转动自由度。动平台11由主平台10和副平台9以及轴瓦盖14构成，主平台10和副平台9通过转动副垂直连接。上述结构可以限制主平台10的三个回转自由度，而副平台9则可绕主平台10的轴线12回转，即主平台可实现三维平动，副平台除随主平台三维平动外，还可绕主平台轴线实现一维转动。所述动平台11的主平台12和副平台9通过互相调换，可实现将绕x轴的转动转变为绕y轴的转动。
主平台10和副平台9分别与相应的下连接轴垂直固接，主平台10的轴线与连接副平台9的下连接轴4的轴线平行，可保证机构有较高的刚度，受力平衡，从而满足运动的稳定性。
请参阅图3，所述动平台11配以换向机构17可实现绕垂直于动平台11的轴线的转动，所述换向机构17由从动圆锥齿轮15和主动圆锥齿轮16构成，所述主动圆锥齿轮16与副平台9固接，可随副平台转动，所述从动圆锥齿轮15垂直固定在主平台10上的一点，可以将主动圆锥齿轮16绕主平台轴线12的转动转化为绕垂直于动平台的轴线的转动。所述主平台12和副平台9之间通过安装换向机构实现了绕z轴的转动。
所述换向机构可采用多级圆锥齿轮换向，也可采用结构简单、便于实现的一组圆锥齿轮副，或其他换向机构。所述换向机构可独立安装一套，也可沿主平台轴线方向并联安装多套换向机构，从而达到配置多个末端执行器的目的；所述换向机构可在副平台两侧对称安装两套或多套，以保证动平台运动时的惯性平衡。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：
(1)动平台11由相互转动且垂直相交的两部分组成；
(2)主平台10和副平台9可相互调换；
(3)副平台9绕主平台轴线12的转动，可通过换向机构17转化为绕垂直于动平台的轴线的转动；
本发明结构简单，运动方式明确，可满足复杂抓放操作的要求。由于驱动端的对称分布，可提高机构在整个工作空间的刚度，同时还可通过调换主平台和副平台的位置，或配以转向机构，实现不同方向的转动自由度。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有三维平动一维转动的并联机构，包括固定架、动平台以及对称布置在所述固定架与动平台之间的四条结构相同的支链；每条支链包括近架杆和两个平行的远架杆，所述近架杆一端与固定在固定架上的驱动端固接，另一端与上连接轴固接；所述远架杆一端与所述上连接轴球铰接，另一端与固接在所述动平台上的下连接轴球铰接；其特征在于，所述动平台包括通过转动副连接、相互垂直的主平台和副平台，所述副平台可绕主平台轴线转动，所述主平台和副平台的两端分别连接有相应的所述下连接轴；所述主平台和副平台之间安装有换向机构；所述换向机构由从动圆锥齿轮和主动圆锥齿轮构成，所述主动圆锥齿轮与副平台固接，可随副平台转动，所述从动圆锥齿轮垂直固定在主平台上的一点，可以将主动圆锥齿轮绕主平台轴线的转动转化为绕垂直于动平台的轴线的转动。
2.根据权利要求1所述的具有三维平动一维转动的并联机构，其特征在于，所述换向机构为一套或并联的多套。
3.根据权利要求1所述的具有三维平动一维转动的并联机构，其特征在于，所述副平台两侧对称安装有所述换向机构，所述副平台每侧的所述换向机构为一套或并联的多套。
4.根据权利要求1所述的具有三维平动一维转动的并联机构，其特征在于，所述主平台的轴线与所述副平台上连接的下连接轴轴线平行。
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