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CN102514004B - 四支链二自由度平动高速并联机构 - Google Patents

四支链二自由度平动高速并联机构 Download PDF

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CN102514004B
CN102514004B CN201110430411.0A CN201110430411A CN102514004B CN 102514004 B CN102514004 B CN 102514004B CN 201110430411 A CN201110430411 A CN 201110430411A CN 102514004 B CN102514004 B CN 102514004B
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赵学满
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Tianjin University
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base
    • B25J9/0051—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base with kinematics chains of the type rotary-universal-universal or rotary-spherical-spherical, e.g. Delta type manipulators

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Abstract

本发明公开了一种四支链二自由度平动高速并联机构，包括固定架、动平台和两个结构相同的支链组。所述固定架上固接有两个驱动装置；所述支链组呈左右对称地布置在所述固定架与动平台之间；每个支链组由结构相同的两条支链组成，每条支链包括近架杆和两个结构相同且平行布置远架杆，近架杆一端与驱动装置固接，另一端与各自所属支链中的上连接轴固接，下连接轴与动平台固接，远架杆两端分别与上、下连接轴球铰接后组成平行四边形结构；两支链的近架杆端各固接一个转轴，所述转轴的轴端上设有两个结构相同的且相互啮合的一对锥齿轮。本发明结构设计合理，紧凑，刚度和稳定性很好；各支链对称布置，受力均匀，使用寿命较高。

Description

四支链二自由度平动高速并联机构
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二维平动的并联机构。
背景技术
授权公告号为US7090458B2，授权公告日为2006年8月15日的美国专利公开了一种可实现二自由度平动的并联机构，包括机架、动平台和两对支链；在机架上安装两个伺服电机，动平台通过两个分支与机架连接，形成并联闭环结构；两个支链各含有两个平行四边形机构，分别作为驱动杆组和从动杆组，各运动件之间完全采用转动铰链连接；采用平行四边形支链结构实现动平台的二维平动。上述机构的局限性在于：该机构每条支链各含两组平行四边形机构，结构复杂；各运动构件均在同一平面内或平行于该平面，平面法线方向上的刚度较差。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种结构刚性好、使用寿命长且结构简单的具有二平动自由度的并联机构。
为了解决上述技术问题，本发明四支链二自由度平动高速并联机构予以实现的技术方案是：该机构包括固定架、动平台和两个支链组，所述两个支链组结构相同，且呈左右对称地布置在所述固定架与动平台之间；所述固定架上固接有两个驱动装置；每个支链组由结构相同的支链a和支链b组成，支链a和支架b均包括近架杆和两个平行且等长的远架杆,两个远架杆的两端分别连接有上连接轴和下连接轴，两个平行的远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与所述动平台上的下连接轴球铰接，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一平行四边形结构；所述支链a和支链b的近架杆的一端各固接一个转轴，其中一个转轴与驱动装置连接，两个转轴的轴端各设有一个锥齿轮，两个锥齿轮结构相同且相互啮合，两个近架杆的另一端与各自所属支链中的上连接轴固接；两个锥齿轮的轴线分别与两个转轴的轴线重合并汇交于一点。
本发明四支链二自由度平动高速并联机构，其中，所述支链a和所述支链b通过两个相互啮合的锥齿轮的啮合传动作用，使得所述驱动装置在驱动支链a和支链b中的其中一条支链时，另一条支链进行相同的运动，每条支链的下连接轴、上连接轴和两个平行的远架杆形成的平行四边形结构共同对所述动平台起约束作用，从而使所述动平台在两条支链的对称面内作二维平动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由于本发明中两组支链组呈对称布置且支链组中每条支链的结构简单，因此，提高了机构的可靠性，延长了使用寿命，且制造成本较低；另外，由于每条支链互成角度的布置方式，加强了对动平台自由度的约束，大幅度地提升了机构的侧向刚度；还有，在每条支链的平行四边形结构中采用了球铰接方式，消隙方便，从而该机构的定位精度高；该机构支链结构简单、动平台形式简单,整体质量较轻，易实现高速运动，可以满足快速抓放需要。
附图说明
图1是本发明四支链二自由度平动高速并联机构的立体结构示意图；
图2是图1中所示本发明中近架杆连接结构的示意图。
图中：
1-驱动装置   2-固定架            3a、3b-近架杆     4a、4b-上连接轴
5a、5b远架杆  6a、6b-下连接轴    7-动平台          8a、8b-转轴
9a、9b锥齿轮。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，本发明的四支链二平动自由度高速并联机构，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之间的两条结构相同的支链组。每条支链组由两条结构相同的支链a和支链b构成，所述固定架2上固接有驱动装置1，为了对照附图方便，以图1中的右前侧支链为例描述每条支链的构成，所述近架杆3a的一端与固定于固定架2上的驱动装置1的输出端固接，近架杆3a的另一端与上连接轴4a固接，所述远架杆5a的一端分别通过球铰链与所述上连接轴4a球铰接，另一端也分别通过球铰链与固接于所述动平台7上的下连接轴6a球铰接，每条支链上的所述下连接轴6a(6b)、所述上连接轴4a(4b)和所述两个平行的远架杆5a(5b)构成平行四边形结构，所述驱动装置1为与其固接的近架杆3a提供一个转动自由度。在所述近架杆3a上固接转轴8a。
如图1所示，两个支链即支链a和支链b的近架杆3a、3b的一端各固接一个转轴8a、8b，其中一个转轴与驱动装置1连接，两个转轴8a、8b的轴端各设有一个锥齿轮9a、9b，两个锥齿轮9a、9b结构相同且相互啮合，两个近架杆3a、3b的另一端与各自所属支链中的上连接轴4a、4b固接；两个锥齿轮9a、9b的轴线分别与两个转轴8a、8b的轴线重合并汇交于一点。
所述支链a与所述支链b通过两个相互啮合的锥齿轮9a、9b的啮合传动作用，使得所述驱动装置1在驱动支链a和支链b中的任何一个支链时，另一条支链将产生相同的运动；由两组所述远架杆5a(5b)和所述上下连接轴4a(4b)和6a(6b)构成的平行四边形结构共同对所述动平台7起约束作用，限制了所述动平台7仅在支链a和支链b的对称面内作二维平动。
本发明四支链二平动自由度高速并联机构的特点是：
(1)通过安装于固定架和动平台间的四条(两组)对称布置的支链，产生对动平台的约束并使动平台仅产生平动。(2)每组支链由两条支链组成，两条支链的近架杆轴线汇交于一点，近架杆一端固结一对锥齿轮且啮合安装，通过两齿轮的啮合传动作用，使两条支链的近架杆的运动相同，进一步约束动平台仅在平面内产生二维平动，且使该机构在垂直于动平台的运动平面内刚性较高。(3)支链结构中近架杆、远架平行四边形、动平台结构简单、可靠性高、运动构建质量小因而容易实现高速运动。总之，本发明结构设计合理，紧凑，刚度和稳定性很好；各支链对称布置，受力均匀，运动轻巧，易实现高速抓取，使用寿命较高。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，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，而不是限制性的，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的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种四支链二平动自由度高速并联机构，包括固定架、动平台和两个支链组，其特征在于，
所述两个支链组结构相同，且呈左右对称地布置在所述固定架与动平台之间；所述固定架上固接有两个驱动装置；每个支链组由结构相同的支链a和支链b组成，支链a和支架b均包括近架杆和两个平行且等长的远架杆,两个远架杆的两端分别连接有上连接轴和下连接轴，两个平行的远架杆一端分别与所述上连接轴球铰接，另一端分别与所述动平台上的下连接轴球铰接，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一平行四边形结构；
所述支链a和支链b的近架杆的一端各固接一个转轴，其中一个转轴与驱动装置连接，两个转轴的轴端各设有一个锥齿轮，两个锥齿轮结构相同且相互啮合，两个近架杆的另一端与各自所属支链中的上连接轴固接，两个锥齿轮的轴线分别与两个转轴的轴线重合并汇交于一点。
2.根据权利要求1所述的四支链二平动自由度高速并联机构，其特征在于，所述支链a和所述支链b通过两个相互啮合的锥齿轮的啮合传动作用，使得所述驱动装置在驱动支链a和支链b中的其中一条支链时，另一条支链进行相同的运动，每条支链的下连接轴、上连接轴和两个平行的远架杆形成的平行四边形结构共同对所述动平台起约束作用，从而使所述动平台在两条支链的对称面内作二维平动。
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