CN102554916A

CN102554916A - 一种二自由度平动过约束并联机构

Info

Publication number: CN102554916A
Application number: CN2012100065204A
Authority: CN
Inventors: 黄田; 汪满新; 白普俊; 倪雁冰; 赵学满; 梅江平; 刘松涛
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种二自由度平动过约束并联机构，包括固定架、驱动装置、动平台以及连接在所述固定架和所述动平台之间的四条支链，所述四条支链由相对布置的第一主动链和第二主动链以及相对布置的第一被动链和第二被动链组成；所述第一主动链和第二主动链结构相同，它们的近架杆各由一所述驱动装置驱动，且它们的活动平面为同一平面或两个平行平面；所述第一被动链和所述第二被动链结构相同并呈面对称布置，所述第一被动链和所述第二被动链的活动平面分别与所述第一主动链和所述第二主动链的活动平面相交；所述第一被动链和所述第二被动链通过连接在它们近架杆之间的反向等比传动装置连接。本发明侧向刚度好，设计巧妙。

Description

一种二自由度平动过约束并联机构

技术领域

本发明涉及一种机器人机构，特别是涉及一种二自由度平动过约束并联机构。

背景技术

少自由度并联机器人具有结构简单、成本低廉和控制容易等优势，在食品、医药、电子以及其他轻工行业中广泛用于抓放和装箱的操作环节中，有很好的应用前景。

专利文献CN1355087A公开了一种仅含有转动副的二自由度平动并联机器人机构，包括机架、动平台和两对各含有两个平行四边形机构的支链。

专利文献CN101642907A公开了一种二自由度并联机器人机构，包括基座，动平台以及分别连接基座和动平台的两条主动支链和一条被动支链。

上述机构的局限性在于：前者的两支链处于同一平面，即机构的运动平面，机构垂直于该平面方向的刚度较差，不利于机构的稳定。后者虽然采用了第一条被动支链，但该支链只能起姿态保持作用，不提供垂直运动平面的约束反力，侧向刚度较差。

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侧向刚度好，设计巧妙的二自由度平动过约束并联机构。

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：一种二自由度平动过约束并联机构，包括固定架、驱动装置、动平台以及连接在所述固定架和所述动平台之间的四条支链，每一条支链均包括一近架杆和与其相连的两个平行且等长的远架杆，所述驱动装置安装在所述固定架上，所述四条支链由相对布置的第一主动链和第二主动链以及相对布置的第一被动链和第二被动链组成；

所述第一主动链和第二主动链结构相同，它们的近架杆各由一所述驱动装置驱动，且它们的活动平面为同一平面或两个平行平面；

所述第一被动链和所述第二被动链结构相同并呈面对称布置，所述第一被动链和所述第二被动链的活动平面分别与所述第一主动链和所述第二主动链的活动平面相交；所述第一被动链和所述第二被动链通过连接在它们近架杆之间的反向等比传动装置连接。

所述第一被动链和所述第二被动链近架杆的一端分别与所述固定架转动连接，另一端分别通过两个球铰链与相应被动链两个远架杆的一端连接，所述第一被动链和所述第二被动链两个远架杆的另一端分别通过两个球铰链和所述动平台连接，并且每条被动链近架杆上的两个球铰链与动平台上与其对应的两个球铰链的中心连线平行，且中心距相等。

所述第一主动链和所述第二主动链两个远架杆的两端分别通过两个球铰链与相应主动链近架杆和所述动平台连接，并且每条主动链近架杆上的两个球铰链与动平台上与其相应的两个球铰链的中心连线平行，且中心距相等；在所述第一主动链和所述第二主动链两个远架杆之间添加有与它们垂直固接的多个约束杆。

所述第一主动链和所述第二主动链两个远架杆的两端分别与与其相应的主动链近架杆和所述动平台通过转动副连接，并且每条主动链近架杆上的转动副轴线与动平台上与其相应的转动副轴线相互平行。

所述反向等比传动装置为外啮合齿轮组传动机构、交叉皮带轮传动机构和齿形带传动机构中的任意一种。

本发明具有的优点和积极效果是：两个被动支链通过近架杆上的反向等比传动装置实现了对动平台的姿态约束和侧向运动的过约束，大大提高了机构的侧向刚度和动平台的姿态保持能力，便于实现高速、高加速度运动，同时亦可改善机构的运动精度，为此类机器人在实际应用中发挥更好的运动特性提供结构基础。

附图说明

图1为本发明某一角度的结构示意图；

图2为本发明另一角度的结构示意图。

图中：1、第一主动链，2、第二主动链，3、第一被动链，4、第二被动链，5、固定架，6a、6b、驱动装置，7a～d、近架杆，8a、8b、齿轮，9a、9b、远架杆，10、约束杆，11、动平台，12、吸盘。

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2，一种二自由度平动过约束并联机构，包括固定架5、动平台11以及连接在固定架5和动平台11之间的四条支链，每一条支链均包括一近架杆和与其相连的两个平行且等长的远架杆9a、9b。驱动装置6a、6b安装在固定架5上，四条支链由第一主动链1，第二主动链2，第一被动链3和第二被动链4组成；相对布置的第一主动链1和第二主动链2结构相同，活动平面为同一平面或两个平行平面，第一主动链1和第二主动链2的近架杆7a、7b分别与相应的驱动装置6a、6b连接。

相对布置的第一被动链3和第二被动链4结构相同并呈面对称布置，第一被动链3和第二被动链4的活动平面分别与第一主动链1和第二主动链2的活动平面相交；第一被动链3和第二被动链4近架杆7c、7d的一端分别与固定架5转动连接，第一被动链3和第二被动链4通过固接在它们近架杆7c、7d之间的齿轮8a、8b相互啮合传动实现耦合运动，保证其对动平台11姿态的约束和沿垂直动平台活动平面方向的过约束作用。第一被动链3和第二被动链4的两个远架杆9a、9b的两端分别通过两个球铰链与相应被动链近架杆的另一端、与动平台11连接，并且被动链近架杆7c、7d上的两个球铰链的中心连线与动平台11上与其对应的两个球铰链的中心连线平行，且中心距相等。

第一主动链1和第二主动链2两个远架杆的两端分别通过两个球铰链与相应主动链的近架杆和动平台连接，并且主动链近架杆7a、7b上的两个球铰链的中心连线与动平台上与其相应的两个球铰链的中心连线平行，且中心距相等。在此基础上，第一主动链1和第二主动链2的两个远架杆9c、9d之间分别添加多个约束杆10，约束杆10垂直固接在两个远架杆9c、9d之间，使每条主动链的两个远架杆只能做绕端部两球铰链中心连线的旋转运动。根据实际工作需要，在动平台上安装手爪或吸盘12等末端执行器。

在第一和第二主动链的约束下，动平台11在其活动平面内有两个移动自由度，和一个绕垂直于该活动平面轴线的旋转自由度，第一和第二被动链约束动平台的上述旋转自由度，保证动平台只有平动自由度。第一和第二被动链通过固接在近架杆之间的传动装置实现耦合运动，提供沿垂直活动平面方向的过约束作用。

上述第一和第二被动链之间的反向等比传动的机构，可以是外啮合齿轮组传动机构、交叉皮带轮传动机构或齿形带传动机构，还可以是其他符合反向等比传动的机构。

另外，第一主动链1和第二主动链2的两个远架杆并不限于上述结构，也可以采用如下结构：第一主动链1和第二主动链2的两个远架杆之间不加约束杆，两个远架杆的两端分别与与其对应的主动链近架杆和动平台直接通过转动副连接，并且每条主动链近架杆上的转动副轴线与动平台11上与其相应的转动副轴线相互平行。

本发明与现有技术相比，其不同点在于：

1)采用两被动链对动平台进行冗余约束，使其姿态保持能力增强。

2)两被动链通过近架杆上的反向等比传动装置实现了相互耦合作用，为机构提供垂直运动平面的约束反力，提高侧向刚度。

3)两被动链之间传动装置可以选用外啮合齿轮，交叉齿形带等常见的传动装置，制造方便，性能稳定。

该发明设计巧妙独特，结构紧凑，且刚性和稳定性好，运动灵活，受力均匀，精度较高，使用寿命长，便于实现高速、高加速度运动。

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

1.一种二自由度平动过约束并联机构，包括固定架、驱动装置、动平台以及连接在所述固定架和所述动平台之间的四条支链，每一条支链均包括一近架杆和与其相连的两个平行且等长的远架杆，所述驱动装置安装在所述固定架上，其特征在于：所述四条支链由相对布置的第一主动链和第二主动链以及相对布置的第一被动链和第二被动链组成；

2.根据权利要求1所述的二自由度平动过约束并联机构，其特征在于，所述第一被动链和所述第二被动链近架杆的一端分别与所述固定架转动连接，另一端分别通过两个球铰链与相应被动链两个远架杆的一端连接，所述第一被动链和所述第二被动链两个远架杆的另一端分别通过两个球铰链和所述动平台连接，并且每条被动链近架杆上的两个球铰链与动平台上与其相应的两个球铰链的中心连线平行，且中心距相等。

3.根据权利要求1或2所述的二自由度平动过约束并联机构，其特征在于，所述第一主动链和所述第二主动链两个远架杆的两端分别通过两个球铰链与相应主动链近架杆和所述动平台连接，并且每条主动链近架杆上的两个球铰链与动平台上与其相应的两个球铰链的中心连线平行，且中心距相等；在所述第一主动链和所述第二主动链两个远架杆之间添加有与它们垂直固接的多个约束杆。

4.根据权利要求1或2所述的二自由度平动过约束并联机构，其特征在于，所述第一主动链和所述第二主动链两个远架杆的两端分别与与其对应的主动链近架杆和所述动平台通过转动副连接，并且每条主动链近架杆上的转动副轴线与动平台上与其相应的转动副轴线相互平行。

5.根据权利要求1所述的二自由度平动过约束并联机构，其特征在于，所述反向等比传动装置为外啮合齿轮组传动机构、交叉皮带轮传动机构和齿形带传动机构中的任意一种。