CN102229141B - 一种可实现四自由度运动的并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了四种可实现四自由度运动的并联机构，它们的特点是，动平台采用分角机构或者分角机构和平行四边形结构的结合，使动平台形成一菱形结构，其结构的虚中心点相对位置不变，只能做沿对角线方向的相对拉伸和压缩的变形运动。本发明运动灵活，受力均匀，运动精度高，通过角度放大机构将此相对运动转化为执行器的旋转运动，机构中没有使用移动副，避免了受力不均匀，摩擦力大，使用寿命低等不足，整体结构的刚性和稳定性好，易实现高速运动，且满足复杂抓放操作的要求。该机构可重构性强，可实现多种构型，也可完成夹持和旋转操作，为实际应用提供了多种选择。

Description

一种可实现四自由度运动的并联机构

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四自由度的并联机构。

背景技术

专利文献US20090019960和EP1084802公开了一种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：该机构动平台受驱动的部件只有两个，这两个部件相当于平行四边形的一组对边，这样的驱动方式不灵活，受力情况不均匀，不利于机构的顺畅运行。

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动平台力传递效果好，使用寿命长且设计巧妙的可实现四自由度运动的并联机构。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的第一技术方案是：一种可实现四自由度运动的并联机构，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；所述固定架上固接有驱动装置；每条支链包括近架杆、两个平行且等长的远架杆、上连接轴和下连接轴，所述近架杆一端与所述驱动装置固接，另一端与上连接轴固接；两个平行的所述远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与下连接轴球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆形成平行四边形；所述动平台包括与四条支链的下连接轴对应固接的第一角板、第二角板、第三角板和第四角板，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板按照顺时针依次布置；所述第一角板上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一分角连杆和第二分角连杆，所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合并沿所述第一角板的中心线对称设置，并分别与所述第一角板通过转动副连接；所述第一分角连杆的一端与所述第一齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第四角板上；所述第二分角连杆的一端与所述第二齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第二角板上；在所述第一角板和所述第二角板之间设有第一菱形边杆，所述第一菱形边杆的两端分别通过转动副与所述第一角板和所述第二角板连接，所述第一角板、所述第二角板、所述第二分角连杆和所述第一菱形边杆形成平行四边形结构；在所述第二角板和所述第三角板之间设有第二菱形边杆和第一平行连杆，所述第二菱形边杆和第一平行连杆的两端各通过转动副与所述第二角板和所述第三角板连接，所述第二菱形边杆、所述第一平行连杆、所述第二角板和所述第三角板形成平行四边形结构；在所述第三角板和所述第四角板之间设有第三菱形边杆和第二平行连杆，所述第三菱形边杆和第二平行连杆的两端各通过转动副与所述第三角板和所述第四角板连接，所述第三菱形边杆、所述第二平行连杆、所述第三角板和所述第四角板形成平行四边形结构；所述第一平行连杆、所述第二平行连杆、所述第一菱形边杆、所述第二菱形边杆和所述第三菱形边杆、所述第一分角连杆和所述第二分角连杆的有效长度均相等，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板形成菱形的四个顶点。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的第二技术方案是：一种可实现四自由度运动的并联机构，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；所述固定架上固接有驱动装置；每条支链包括近架杆、两个平行且等长的远架杆、上连接轴和下连接轴，所述近架杆一端与所述驱动装置固接，另一端与上连接轴固接；两个平行的所述远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与下连接轴球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆形成平行四边形；所述动平台包括与四条支链的下连接轴对应固接的第一角板、第二角板、第三角板和第四角板，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板按照顺时针依次布置；所述第一角板上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一分角连杆和第二分角连杆，所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合并沿所述第一角板的中心线对称设置，并分别与所述第一角板通过转动副连接；所述第一分角连杆的一端与所述第一齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第四角板上；所述第二分角连杆的一端与所述第二齿轮固接，另一端与第三齿轮固接；所述第二角板上设有第二分角机构，所述第二分角机构包括所述第三齿轮、第四齿轮、所述第二分角连杆和第三分角连杆，所述第三齿轮和所述第四齿轮相互啮合并沿所述第二角板的中心线对称设置，并分别与所述第二角板通过转动副连接；所述第三分角连杆的一端与所述第四齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第三角板上；在所述第二角板和所述第三角板之间设有第一菱形边杆，所述第一菱形边杆的两端分别通过转动副与所述第二角板和所述第三角板连接，所述第二角板、所述第三角板、所述第三分角连杆和所述第一菱形边杆形成平行四边形结构；在所述第三角板和所述第四角板之间设有第二菱形边杆和第一平行连杆，所述第二菱形边杆和所述第一平行连杆的两端各通过转动副与所述第三角板和所述第四角板连接，所述第二菱形边杆、所述第一平行连杆、所述第三角板和所述第四角板形成平行四边形结构；所述第一平行连杆、所述第一菱形边杆、所述第二菱形边杆、所述第一分角连杆和所述第二分角连杆和所述第三分角连杆的有效长度均相等，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板形成菱形的四个顶点。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的第三技术方案是：一种可实现四自由度运动的并联机构，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；所述固定架上固接有驱动装置；每条支链包括近架杆、两个平行且等长的远架杆、上连接轴和下连接轴，所述近架杆一端与所述驱动装置固接，另一端与上连接轴固接；两个平行的所述远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与下连接轴球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆形成平行四边形；所述动平台包括与四条支链的下连接轴对应固接的第一角板、第二角板、第三角板和第四角板，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板按照顺时针依次布置；所述第一角板上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一分角连杆和第二分角连杆，所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合并沿所述第一角板的中心线对称设置，并分别与所述第一角板通过转动副连接；所述第一分角连杆的一端与所述第一齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第四角板上；所述第二分角连杆的一端与所述第二齿轮固接，另一端与第三齿轮固接；所述第二角板上设有第二分角机构，所述第二分角机构包括所述第三齿轮、第四齿轮、所述第二分角连杆和第三分角连杆，所述第三齿轮和所述第四齿轮相互啮合并沿所述第二角板的中心线对称设置，并分别与所述第二角板通过转动副连接；所述第三分角连杆的一端与所述第四齿轮固接，另一端与第五齿轮固接；所述第三角板上设有第三分角机构，所述第三分角机构包括所述第五齿轮、第六齿轮、所述第三分角连杆和第四分角连杆，所述第五齿轮和所述第六齿轮相互啮合并沿所述第三角板的中心线对称设置，并分别与所述第三角板通过转动副连接；所述第四分角连杆的一端与所述第六齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第四角板上；在所述第三角板和所述第四角板之间设有第一菱形边杆，所述第一菱形边杆的两端分别通过转动副与所述第三角板和所述第四角板连接，所述第三角板、所述第四角板、所述第四分角连杆和所述第一菱形边杆形成平行四边形结构；所述第一菱形边杆、所述第一分角连杆、所述第二分角连杆、所述第三分角连杆和所述第四分角连杆的有效长度均相等，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板形成菱形的四个顶点。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的第四技术方案是：一种可实现四自由度运动的并联机构，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；所述固定架上固接有驱动装置；每条支链包括近架杆、两个平行且等长的远架杆、上连接轴和下连接轴，所述近架杆一端与所述驱动装置固接，另一端与上连接轴固接；两个平行的所述远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与下连接轴球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆形成平行四边形；其特征在于，所述动平台包括与四条支链的下连接轴对应固接的第一角板、第二角板、第三角板和第四角板，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板按照顺时针依次布置；所述第一角板上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一分角连杆和第二分角连杆，所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合并沿所述第一角板的中心线对称设置，并分别与所述第一角板通过转动副连接；所述第一分角连杆的一端与所述第一齿轮固接，另一端与第八齿轮固接；所述第二分角连杆的一端与所述第二齿轮固接，另一端与第三齿轮固接；所述第二角板上设有第二分角机构，所述第二分角机构包括所述第三齿轮、第四齿轮、所述第二分角连杆和第三分角连杆，所述第三齿轮和所述第四齿轮相互啮合并沿所述第二角板的中心线对称设置，并分别与所述第二角板通过转动副连接；所述第三分角连杆的一端与所述第四齿轮固接，另一端与第五齿轮固接；所述第三角板上设有第三分角机构，所述第三分角机构包括所述第五齿轮、第六齿轮、所述第三分角连杆和第四分角连杆，所述第五齿轮和所述第六齿轮相互啮合并沿所述第三角板的中心线对称设置，并分别与所述第三角板通过转动副连接；所述第四分角连杆的一端与所述第六齿轮固接，另一端与第七齿轮固接；所述第四角板上设有第四分角机构，所述第四分角机构包括所述第七齿轮、所述第八齿轮、所述第一分角连杆和所述第四分角连杆，所述第七齿轮和所述第八齿轮相互啮合并沿所述第四角板的中心线对称设置，并分别与所述第四角板通过转动副连接；所述第一分角连杆、所述第二分角连杆、所述第三分角连杆和所述第四分角连杆的有效长度均相等，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板形成菱形的四个顶点。

本发明具有的优点和积极效果是：动平台结构中利用分角齿轮配合使用时具有固定传动比的特性，并且运用了平行四边形结构的约束作用，限制多杆结构中的多余自由度，使动平台形成一菱形结构，其结构的虚中心点相对位置不变，只能做沿对角线方向的相对拉伸和压缩的变形运动。设计新颖巧妙，该机构动平台的四个下连接轴处于同一平面内，通过驱动相当于菱形顶点的四个角板控制动平台的运动，使菱形相邻两边之间产生相对运动，使动平台运动灵活，受力均匀，运动精度高，通过角度放大机构将此相对运动转化为执行器的旋转运动，机构中没有使用移动副，避免了受力不均匀，摩擦力大，使用寿命低等不足，整体结构的刚性和稳定性好，易实现高速运动，且满足复杂抓放操作的要求。该机构可重构性强，可实现多种构型，也可完成夹持和旋转操作，为实际应用提供了多种选择。

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产生旋转运动的动平台的结构示意图；

图3为本发明实施例1产生开合运动的动平台的结构示意图；

图4为本发明实施例2的结构示意图；

图5为本发明实施例3的结构示意图；

图6为本发明实施例4的结构示意图。

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：

实施例1：

请参阅图1～图3，本发明是一种可实现四自由度运动的并联机构，包括固定架2、动平台7以及对称布置在所述固定架2与动平台7之间的四条结构相同的支链构成；每条支链由近架杆3、上连接轴4、两个相互平行且等长的远架杆5a和远架杆5b构成。所述近架杆3的一端与固定于固定架2的驱动装置1的输出端固接，近架杆3的另一端与上连接轴4固接；所述远架杆5a和远架杆5b的一端分别通过球铰链与所述上连接轴4球铰接，另一端分别通过球铰链与固接于所述动平台7上的下连接轴6球铰接；每条支链上的所述下连接轴6、所述上连接轴4和所述两个平行的远架杆5a、5b构成平行四边形；所述驱动装置1为与其固接的近架杆3提供一个转动自由度。

请参阅图2，所述动平台7包括与四条支链的下连接轴6对应固接的第一角板8a、第二角板8b、第三角板8c和第四角板8d，第一角板8a、第二角板8b、第三角板8c和第四角板8d按照顺时针依次布置；所述第一角板8a上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮9a、第二齿轮9b、第一分角连杆10a和第二分角连杆10b，所述第一齿轮9a和所述第二齿轮9b沿所述第一角板8a的中心线对称设置，并分别通过转动副与第一角板8a连接；所述第一分角连杆10a的一端与所述第一齿轮9a固接，另一端通过转动副连接在与所述第一角板8a相邻的所述第四角板8d上；所述第二分角连杆10b的一端与所述第二齿轮9b固接，另一端通过转动副连接在与所述第一角板8a相邻的所述第二角板8b上，第一齿轮9a和第二齿轮9b相互啮合；在所述第一角板8a和所述第二角板8b之间设有第一菱形边杆11a，所述第一菱形边杆11a的两端分别通过转动副与所述第一角板8a和所述第二角板8b连接，所述第一角板8a、所述第二角板8b、所述第二分角连杆10b和所述第一菱形边杆11a形成平行四边形结构；在所述第二角板8b和所述第三角板8c之间设有第二菱形边杆11b和第一平行连杆12a，所述第二菱形边杆11b和第一平行连杆12a的两端各通过转动副与所述第二角板8b和所述第三角板8c连接，所述第二菱形边杆11b、所述第一平行连杆12a、所述第二角板8b和所述第三角板8c形成平行四边形结构；在所述第三角板8c和所述第四角板8d之间设有第三菱形边杆11c和第二平行连杆12b，所述第三菱形边杆11c和第二平行连杆12b的两端各通过转动副与所述第三角板8c和所述第四角板8d连接，所述第三菱形边杆11c、所述第二平行连杆12b、所述第三角板8c和所述第四角板8d形成平行四边形结构；所述第一平行连杆12a、所述第二平行连杆12b、所述第一菱形边杆11a、所述第二菱形边杆11b和所述第三菱形边杆11c、所述第一分角连杆10a和所述第二分角连杆10b的有效长度均相等，所述第一角板8a、所述第二角板8b、所述第三角板8c和所述第四角板8d形成菱形的四个顶点。

本实施例通过一个分角机构和三个平行四边形结构的运动限制作用，使动平台7只能沿对角线方向做拉伸和压缩的变形运动，相邻的杆件之间产生相对运动，通过安装角度放大机构可以将动平台的杆件之间的相对运动转化为末端执行器的旋转运动。所述角度放大机构由相互啮合的齿扇13和齿轮14组成，所述齿轮14通过转动副连接在一个横梁连杆15上，所述横梁连杆15与一组相对的第一菱形边杆11a和第三菱形边杆11c的中心处通过转动副连接，所述齿扇13可固接于第一菱形边杆11a或第三菱形边杆11c。

在本实施例中齿扇13固接在第三菱形边杆11c上，所述齿扇13的中心线与其所固接的第三菱形边杆11c和横梁连杆15的转动副轴线重合，齿轮14与所述齿扇13啮合，齿扇13和齿轮14之间的传动比可根据实际情况选择，在所述齿轮14上固接有末端执行器16，用以实现最终的旋转运动。上述横梁连杆15并不限于连接在相对的第一菱形边杆11a和第三菱形边杆11c之间，还可连接在第一分角连杆10a和第二菱形边杆11b之间，或者连接在第二分角连杆10b和第二平行连杆12b之间，使与其连接的末端执行器实现旋转运动。

请参阅图3，在相对的两个角板上安装夹持部件17a和17b，当动平台沿对角线方向做拉伸和压缩的变形运动时，能够直接产生相应的开合运动，实现夹持操作。

实施例2：

请参阅图4，其整体结构与施例1相同，与实施例1不同的是，动平台采用了实施例1动平台的一种重构结构，其动平台的结构包括与四条支链的下连接轴6对应固接的第一角板8a、第二角板8b、第三角板8c和第四角板8d，第一角板8a、第二角板8b、第三角板8c和第四角板8d按照顺时针依次布置；所述第一角板8a上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮9a、第二齿轮9b、第一分角连杆10a和第二分角连杆10b，所述第一齿轮9a和所述第二齿轮9b沿所述第一角板8a的中心线对称设置，并分别与第一角板8a通过转动副连接；所述第一分角连杆10a的一端与所述第一齿轮9a固接，另一端通过转动副连接在与所述第一角板8a相邻的所述第四角板8d上；所述第二分角连杆10b的一端与所述第二齿轮9b固接，另一端与第二角板8b上的第三齿轮9c固接，所述第一齿轮9a和所述第二齿轮9b相互啮合。所述第二角板8b上设有第二分角机构，所述第二分角机构包括第三齿轮9c、第四齿轮9d、第二分角连杆10b和第三分角连杆10c，所述第三齿轮9c和所述第四齿轮9d相互啮合并沿所述第二角板8b的中心线对称设置，并分别与第二角板8b通过转动副连接；所述第三分角连杆10c的一端与所述第四齿轮9d固接，另一端通过转动副连接在与所述第二角板8b相邻的所述第三角板8c上；在所述第二角板8b和所述第三角板8c之间设有第一菱形边杆11a，所述第一菱形边杆11a的两端分别通过转动副与所述第二角板8b和所述第三角板8c连接，所述第二角板8b、所述第三角板8c、所述第三分角连杆10c和所述第一菱形边杆11a形成平行四边形结构；在所述第三角板8c和所述第四角板8d之间设有第二菱形边杆11b和第一平行连杆12a，所述第二菱形边杆11b和第一平行连杆12a的两端各通过转动副与所述第三角板8c和所述第四角板8d连接，所述第二菱形边杆11b、所述第一平行连杆12a、所述第三角板8c和所述第四角板8d形成平行四边形结构；所述第一平行连杆12a、所述第一菱形边杆11a、所述第二菱形边杆11b、所述第一分角连杆10a、所述第二分角连杆10b和所述第三分角连杆10c的有效长度均相等，所述第一角板8a、所述第二角板8b、所述第三角板8c和所述第四角板8d形成菱形的四个顶点。

本实施例可在相对的分角连杆10a、10c，或者第二分角连杆10b和第一平行连杆12a之间安装角度放大机构，使末端执行器实现旋转运动，也可以在相对的两个角板8a、8c上，或者8b、8d上安装夹持部件，当动平台沿对角线方向做拉伸和压缩的变形运动时，能够直接产生相应的开合运动，可以实现夹持操作。

实施例3：

请参阅图5，其整体结构与施例1相同，与实施例1不同的是，动平台采用了实施例1动平台的一种重构结构，其动平台的结构包括与四条支链的下连接轴6对应固接的第一角板8a、第二角板8b、第三角板8c和第四角板8d，第一角板8a、第二角板8b、第三角板8c和第四角板8d按照顺时针依次布置；所述第一角板8a上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮9a、第二齿轮9b、第一分角连杆10a和第二分角连杆10b，所述第一齿轮9a和所述第二齿轮9b相互啮合并沿所述第一角板8a的中心线对称设置，并分别与第一角板8a通过转动副连接；所述第一分角连杆10a的一端与所述第一齿轮9a固接，另一端通过转动副连接在与所述第一角板8a相邻的所述第四角板9d上；所述第二分角连杆10b的一端与所述第二齿轮9b固接，另一端与第二角板8b上的第三齿轮9c固接；所述第二角板8b上设有第二分角机构，所述第二分角机构包括第三齿轮9c、第四齿轮9d、第二分角连杆10b和第三分角连杆10c，所述第三齿轮9c和所述第四齿轮9d相互啮合并沿所述第二角板8b的中心线对称设置，并分别与第二角板8b通过转动副连接；所述第三分角连杆10c的一端与所述第四齿轮9d固接，另一端与第三角板8c上的第五齿轮9e固接；所述第三角板8c上设有第三分角机构，所述第三分角机构包括第五齿轮9e、第六齿轮9f、第三分角连杆10c和第四分角连杆10d，所述第五齿轮9e和所述第六齿轮9f相互啮合并沿所述第三角板8c的中心线对称设置，并分别与第三角板8c通过转动副连接；所述第四分角连杆10d的一端与所述第六齿轮9f固接，另一端通过转动副连接在与所述第三角板8c相邻的所述第四角板8d上；在所述第三角板8c和所述第四角板8d之间设有第一菱形边杆11a，所述第一菱形边杆11a的两端分别通过转动副与所述第三角板8c和所述第四角板8d连接，所述第三角板8c、所述第四角板8d、所述第四分角连杆10d和所述第一菱形边杆11a形成平行四边形结构；所述第一菱形边杆11a、所述第一分角连杆10a、所述第二分角连杆10b、所述第三分角连杆10c和所述第四分角连杆10d的有效长度均相等，所述第一角板8a、所述第二角板8b、所述第三角板8c和所述第四角板8d形成菱形的四个顶点。

本实施例可在任意两个相对的分角连杆10a、10c，或者10b、10d之间安装角度放大机构，使末端执行器实现旋转运动；也可以在相对的两个角板8a、8c，或者8b、8d上安装夹持部件，当动平台沿对角线方向做拉伸和压缩的变形运动时，能够直接产生相应的开合运动，可以实现夹持操作。

实施例4：

请参阅图6，其整体结构与施例1相同，与实施例1不同的是，动平台采用了实施例1动平台的一种重构结构，其动平台的结构包括与四条支链的下连接轴6对应固接的第一角板8a、第二角板8b、第三角板8c和第四角板8d，第一角板8a、第二角板8b、第三角板8c和第四角板8d按照顺时针依次布置；所述第一角板8a上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮9a、第二齿轮9b、第一分角连杆10a和第二分角连杆10b，所述第一齿轮9a和所述第二齿轮9b相互啮合并沿所述第一角板8a的中心线对称设置，并分别与所述第一角板8a通过转动副连接；所述第一分角连杆10a的一端与所述第一齿轮9a固接，另一端与第四角板8d上的第八齿轮9h固接；所述第二分角连杆10b的一端与所述第二齿轮9b固接，另一端与第二角板8b上的第三齿轮9c固接；所述第二角板8b上设有第二分角机构，所述第二分角机构包括第三齿轮9c、第四齿轮9d、第二分角连杆10b和第三分角连杆10c，所述第三齿轮9c和所述第四齿轮9d相互啮合并沿所述第二角板8b的中心线对称设置，并分别与所述第二角板8b通过转动副连接；所述第三分角连杆10c的一端与所述第四齿轮9d固接，另一端与第三角板8c上的第五齿轮9e固接；所述第三角板8c上设有第三分角机构，所述第三分角机构包括第五齿轮9e、第六齿轮9f、第三分角连杆10c和第四分角连杆10d，所述第五齿轮9e和所述第六齿轮9f相互啮合并沿所述第三角板8c的中心线对称设置，并分别与第三角板8c通过转动副连接；所述第四分角连杆10d的一端与所述第六齿轮9f固接，另一端与第四角板8d上的第七齿轮9g固接；所述第四角板8d上设有第四分角机构，所述第四分角机构包括第七齿轮9g、第八齿轮9h、第一分角连杆10a和第四分角连杆10d，所述第七齿轮9g和所述第八齿轮9h相互啮合并沿所述第四角板8d的中心线对称设置，并分别与第四角板8d通过转动副连接；所述第一分角连杆10a、所述第二分角连杆10b、所述第三分角连杆10c和所述第四分角连杆10d的有效长度均相等，所述第一角板8a、所述第二角板8b、所述第三角板8c和所述第四角板8d形成菱形的四个顶点。

本实施例可在任意两个相对的分角连杆10a、10c，或者10b、10d之间安装角度放大机构，使末端执行器实现旋转运动，也可以在相对的两个角板8a、8c，或者8b、8d上安装夹持部件，当动平台沿对角线方向做拉伸和压缩的变形运动时，能够直接产生相应的开合运动，可以实现夹持操作。

本发明与现有技术相比，其不同点在于：

1）动平台由四个角板通过连杆连接组成，形成一个菱形结构，其结构的虚中心点相对位置不变，被驱动的角板相当于动平台的菱形结构的顶点，且四个下连接轴处于同一个平面内。

2）动平台由分角机构或者分角机构和平行四边形结构组成，结构新颖巧妙，合理约束了动平台的自由度，所有连接均为转动副连接，避免了使用移动副时的受力不均匀，摩擦力大和使用寿命低等不足。并且分角机构与平行四边形结构可以相互替换，最终可实现四种符合运动要求的动平台结构。

3）分角机构中使用了分角齿轮，利用齿轮配合使用时具有固定传动比的特性，使两个分角连杆的运动有关联性，限制了整体的自由度。

4）此动平台的设计可以实现多种构型，并且能实现夹持和旋转运动，为实际应用提供了多种选择，灵活性较强。

该发明设计巧妙独特，结构的刚性和稳定性好，运动灵活，受力均匀，精度较高，使用寿命长，易实现高速运动，且满足复杂抓放操作的要求。并且多种动平台的组合方式为实际应用提供了多种选择。

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)

1.一种可实现四自由度运动的并联机构，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；所述固定架上固接有驱动装置；每条支链包括近架杆、两个平行且等长的远架杆、上连接轴和下连接轴，所述近架杆一端与所述驱动装置固接，另一端与上连接轴固接；两个平行的所述远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与下连接轴球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆形成平行四边形；其特征在于，所述动平台包括与四条支链的下连接轴对应固接的第一角板、第二角板、第三角板和第四角板，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板按照顺时针依次布置；所述第一角板上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一分角连杆和第二分角连杆，所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合并沿所述第一角板的中心线对称设置，并分别与所述第一角板通过转动副连接；所述第一分角连杆的一端与所述第一齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第四角板上；所述第二分角连杆的一端与所述第二齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第二角板上；在所述第一角板和所述第二角板之间设有第一菱形边杆，所述第一菱形边杆的两端分别通过转动副与所述第一角板和所述第二角板连接，所述第一角板、所述第二角板、所述第二分角连杆和所述第一菱形边杆形成平行四边形结构；在所述第二角板和所述第三角板之间设有第二菱形边杆和第一平行连杆，所述第二菱形边杆和第一平行连杆的两端各通过转动副与所述第二角板和所述第三角板连接，所述第二菱形边杆、所述第一平行连杆、所述第二角板和所述第三角板形成平行四边形结构；在所述第三角板和所述第四角板之间设有第三菱形边杆和第二平行连杆，所述第三菱形边杆和第二平行连杆的两端各通过转动副与所述第三角板和所述第四角板连接，所述第三菱形边杆、所述第二平行连杆、所述第三角板和所述第四角板形成平行四边形结构；所述第一平行连杆、所述第二平行连杆、所述第一菱形边杆、所述第二菱形边杆和所述第三菱形边杆、所述第一分角连杆和所述第二分角连杆的有效长度均相等，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板形成菱形的四个顶点。

2.一种可实现四自由度运动的并联机构，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；所述固定架上固接有驱动装置；每条支链包括近架杆、两个平行且等长的远架杆、上连接轴和下连接轴，所述近架杆一端与所述驱动装置固接，另一端与上连接轴固接；两个平行的所述远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与下连接轴球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆形成平行四边形；其特征在于，所述动平台包括与四条支链的下连接轴对应固接的第一角板、第二角板、第三角板和第四角板，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板按照顺时针依次布置；所述第一角板上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一分角连杆和第二分角连杆，所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合并沿所述第一角板的中心线对称设置，并分别与所述第一角板通过转动副连接；所述第一分角连杆的一端与所述第一齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第四角板上；所述第二分角连杆的一端与所述第二齿轮固接，另一端与第三齿轮固接；所述第二角板上设有第二分角机构，所述第二分角机构包括所述第三齿轮、第四齿轮、所述第二分角连杆和第三分角连杆，所述第三齿轮和所述第四齿轮相互啮合并沿所述第二角板的中心线对称设置，并分别与所述第二角板通过转动副连接；所述第三分角连杆的一端与所述第四齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第三角板上；在所述第二角板和所述第三角板之间设有第一菱形边杆，所述第一菱形边杆的两端分别通过转动副与所述第二角板和所述第三角板连接，所述第二角板、所述第三角板、所述第三分角连杆和所述第一菱形边杆形成平行四边形结构；在所述第三角板和所述第四角板之间设有第二菱形边杆和第一平行连杆，所述第二菱形边杆和所述第一平行连杆的两端各通过转动副与所述第三角板和所述第四角板连接，所述第二菱形边杆、所述第一平行连杆、所述第三角板和所述第四角板形成平行四边形结构；所述第一平行连杆、所述第一菱形边杆、所述第二菱形边杆、所述第一分角连杆和所述第二分角连杆和所述第三分角连杆的有效长度均相等，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板形成菱形的四个顶点。

3.一种可实现四自由度运动的并联机构，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；所述固定架上固接有驱动装置；每条支链包括近架杆、两个平行且等长的远架杆、上连接轴和下连接轴，所述近架杆一端与所述驱动装置固接，另一端与上连接轴固接；两个平行的所述远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与下连接轴球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆形成平行四边形；其特征在于，所述动平台包括与四条支链的下连接轴对应固接的第一角板、第二角板、第三角板和第四角板，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板按照顺时针依次布置；所述第一角板上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一分角连杆和第二分角连杆，所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合并沿所述第一角板的中心线对称设置，并分别与所述第一角板通过转动副连接；所述第一分角连杆的一端与所述第一齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第四角板上；所述第二分角连杆的一端与所述第二齿轮固接，另一端与第三齿轮固接；所述第二角板上设有第二分角机构，所述第二分角机构包括所述第三齿轮、第四齿轮、所述第二分角连杆和第三分角连杆，所述第三齿轮和所述第四齿轮相互啮合并沿所述第二角板的中心线对称设置，并分别与所述第二角板通过转动副连接；所述第三分角连杆的一端与所述第四齿轮固接，另一端与第五齿轮固接；所述第三角板上设有第三分角机构，所述第三分角机构包括所述第五齿轮、第六齿轮、所述第三分角连杆和第四分角连杆，所述第五齿轮和所述第六齿轮相互啮合并沿所述第三角板的中心线对称设置，并分别与所述第三角板通过转动副连接；所述第四分角连杆的一端与所述第六齿轮固接，另一端通过转动副连接在所述第四角板上；在所述第三角板和所述第四角板之间设有第一菱形边杆，所述第一菱形边杆的两端分别通过转动副与所述第三角板和所述第四角板连接，所述第三角板、所述第四角板、所述第四分角连杆和所述第一菱形边杆形成平行四边形结构；所述第一菱形边杆、所述第一分角连杆、所述第二分角连杆、所述第三分角连杆和所述第四分角连杆的有效长度均相等，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板形成菱形的四个顶点。

4.一种可实现四自由度运动的并联机构，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；所述固定架上固接有驱动装置；每条支链包括近架杆、两个平行且等长的远架杆、上连接轴和下连接轴，所述近架杆一端与所述驱动装置固接，另一端与上连接轴固接；两个平行的所述远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与下连接轴球铰接，每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆形成平行四边形；其特征在于，所述动平台包括与四条支链的下连接轴对应固接的第一角板、第二角板、第三角板和第四角板，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板按照顺时针依次布置；所述第一角板上设有第一分角机构，所述第一分角机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一分角连杆和第二分角连杆，所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合并沿所述第一角板的中心线对称设置，并分别与所述第一角板通过转动副连接；所述第一分角连杆的一端与所述第一齿轮固接，另一端与第八齿轮固接；所述第二分角连杆的一端与所述第二齿轮固接，另一端与第三齿轮固接；所述第二角板上设有第二分角机构，所述第二分角机构包括所述第三齿轮、第四齿轮、所述第二分角连杆和第三分角连杆，所述第三齿轮和所述第四齿轮相互啮合并沿所述第二角板的中心线对称设置，并分别与所述第二角板通过转动副连接；所述第三分角连杆的一端与所述第四齿轮固接，另一端与第五齿轮固接；所述第三角板上设有第三分角机构，所述第三分角机构包括所述第五齿轮、第六齿轮、所述第三分角连杆和第四分角连杆，所述第五齿轮和所述第六齿轮相互啮合并沿所述第三角板的中心线对称设置，并分别与所述第三角板通过转动副连接；所述第四分角连杆的一端与所述第六齿轮固接，另一端与第七齿轮固接；所述第四角板上设有第四分角机构，所述第四分角机构包括所述第七齿轮、所述第八齿轮、所述第一分角连杆和所述第四分角连杆，所述第七齿轮和所述第八齿轮相互啮合并沿所述第四角板的中心线对称设置，并分别与所述第四角板通过转动副连接；所述第一分角连杆、所述第二分角连杆、所述第三分角连杆和所述第四分角连杆的有效长度均相等，所述第一角板、所述第二角板、所述第三角板和所述第四角板形成菱形的四个顶点。

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