CN103286777B - 一种新型空间三自由度并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型空间三自由度并联机构，它包括机架，在所述的机架的上方设置有一个动平台，所述的机架呈正三角形对称布置结构，在所述的机架的每一条三角形边上均设置有一个导向滑轨，第一、第二、第三主动支链空间三对称分布于所述机架与动平台之间，所述的第一、第二、第三主动支链具有相同的结构，每一个主动支链包括与导向滑轨相连构成直线移动副的滑鞍，所述滑鞍与连杆的一端活动相连，所述连杆的另一端通过具有三转动自由度的铰链与所述动平台相连。本发明的并联机构结构简单，便于制造安装，姿态能力强，动态性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种并联机构，特别是涉及一种可实现空间三转动作业功能的并联机构。
背景技术
根据专利ZL200910054381、ZL201210182195.7等可知，现有的空间三自由度并联机构主要有两种实现形式：其一，机架与末端动平台之间通过两(或三)条无约束运动支链及一条三自由度恰约束支链相连，支链上均设置驱动装置，每条支链可单独在驱动装置的驱动下运动，使动平台相对于机架产生空间三转动；其二，采用两自由度并联机构与单自由度转头串联的形式。
此类机构存在的不足是：各支链结构组成复杂，支链内各运动副布置较困难，对加工与装配要求苛刻，制造成本高，末端执行器的惯性较大，无约束支链与恰约束支链负载相差大，影响机构的动态性能等。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种结构简单、安装方便、承载能力高且工作空间大，可实现末端执行器空间三转动的一种新型空间三自由度并联机构。
本发明的一种新型空间三自由度并联机构，它包括机架，在所述的机架的上方设置有一个动平台，所述的机架呈正三角形对称布置结构，在所述的机架的每一条三角形边上均设置有一个导向滑轨，第一、第二、第三主动支链空间对称分布于所述机架与动平台之间，所述的第一、第二、第三主动支链具有相同的结构，每一个主动支链包括与导向滑轨相连构成直线移动副的滑鞍，所述滑鞍与连杆的一端通过转动副连接，所述转动副的轴线与转动副所对应的所述导向滑轨方向一致，所述连杆的另一端通过具有三转动自由度的铰链与所述动平台相连。
本发明的一种新型空间三自由度并联机构，它包括机架，在所述的机架的上方设置有一个动平台，所述的机架呈正三角形对称布置结构，在所述的机架的每一条三角形边上均设置有一个导向滑轨，第一、第二、第三主动支链空间对称分布于所述机架与动平台之间，所述的第一、第二、第三主动支链具有相同的结构，每一个主动支链包括与导向滑轨相连构成直线移动副的滑鞍，在所述的滑鞍上固定连接有一个滑轨，连杆的一端为滑块，所述的滑块与滑轨滑动相连构成第一移动副，所述的滑块移动轴线与连杆轴线共线，所述连杆的另一端通过具有三转动自由度的铰链与所述动平台相连。
本发明的空间三自由度并联机构有益效果是：模块化结构设计，结构简单，便于制造安装，姿态能力强，动态性能好。当驱动装置驱动第一、第二、第三主动支链产生相同的运动时，动平台实现垂直于动平台法线方向的转动兼平动的耦合运动，当驱动装置驱动三条主动支链产生不同的输入时，所述动平台可实现绕另外两个方向的转动。
附图说明
图1为本发明的一种新型空间三自由度并联机构的结构示意图；
图2是图1所示的并联机构的工作结构示意图；
图3是图2所示的并联机构的工作结构中的驱动装置部分示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。
如图所示本发明的一种新型空间三自由度并联机构，它包括机架7，在所述的机架的上方设置有一个动平台1，所述的机架呈正三角形对称布置结构，在所述的机架的每一条三角形边上均设置有一个导向滑轨，第一、第二、第三主动支链空间对称即彼此之间空间对称的分布于所述机架与动平台之间，所述的第一、第二、第三主动支链具有相同的结构，每一个主动支链包括与导向滑轨相连构成直线移动副的滑鞍，所述滑鞍与连杆的一端活动连接，所述连杆的另一端通过具有三转动自由度的铰链与所述动平台相连。
优选的所述滑鞍与连杆的一端通过转动副相连，所述转动副的轴线与转动副所对应的所述导向滑轨方向一致。当然也可以在滑鞍上固定连接一个滑轨，连杆的一端为滑块，所述的滑块与滑轨滑动相连构成第一移动副，所述的滑块移动轴线与连杆轴线共线，同样可实现末端执行器的空间三转动。
优选的所述的具有三转动自由度的铰链为球铰链。
下面再结合每一幅图对本发明加以详细说明：
图1中机架7呈正三角形对称布置结构，所述第一主动支链、第二主动支链、第三主动支链空间对称分布于所述机架7与所述动平台1之间，所述机架7与所述第一主动支链、第二主动支链、第三主动支链通过直线移动副相连。所述直线移动副可采用附图所示导轨滑块结构，即机架7上固定连接导向滑轨，主动支链的一端设置滑鞍，所述导向滑轨与所述滑鞍配合形成直线移动副。所述直线移动副可采用直线电机，丝杠螺母结构等形式。
所述第一主动支链、第二主动支链、第三主动支链具有相同的机械结构，均由滑鞍、转动副、连杆、球铰链组成。所述球铰链也可采用其他具有三转动能力的铰链形式，如三个两两正交的转动副组成的铰链等。
所述第一主动支链由第一滑鞍6A、第一转动副5A、第一连杆4A、第一球铰链3A组成。第一滑鞍6A与机架导向滑轨构成直线移动副，第一滑鞍6A通过第一转动副5A与第一连杆4A的一端相连，第一转动副5A轴线与相应直线移动副方向一致，第一连杆4A另一端通过第一球铰链3A与动平台1相连。
所述第二主动支链由第二滑鞍6B、第二转动副5B、第二连杆4B、第二球铰链组成。第二滑鞍6B与机架导向滑轨构成直线移动副，第二滑鞍6B通过第二转动副5B与第二连杆4B的一端相连，第二转动副5B轴线与相应直线移动副方向一致，第二连杆4B另一端通过第二球铰链与动平台1相连。
所述第三主动支链由第三滑鞍6C、第三转动副5C、第三连杆4C、第三球铰链3C组成。第三滑鞍6C与机架导向滑轨构成直线移动副，第三滑鞍6C通过第三转动副5C与第三连杆4C的一端相连，第三转动副5C轴线与相应直线移动副方向一致，第三连杆4C另一端通过第三球铰链3C与动平台1相连。
本装置的运动过程为：
如图2和3所示，直线移动副作为机构的驱动装置，该空间三转动并联机构采用伺服电机加丝杠螺母的驱动方式。第一丝杠螺母10A与滑鞍相连，伺服电机8经由第一丝杠9A将转动传递给第一丝杠螺母10A，第一丝杠螺母10A带动滑鞍平动，再经第一丝杠螺母10A传至第一滑鞍6A，从而实现第一主动支链的驱动。以同样的方式，可以实现第二主动支链、第三主动支链的驱动。
所述直线移动副作为机构的驱动装置，当所述驱动装置驱动第一主动支链、第二主动支链、第三主动支链产生相同的输入时，动平台1实现绕动平台法线方向Z轴的转动兼沿Z轴平动的耦合运动，当所述驱动装置驱动所述三条主动支链产生不同的输入时，所述动平台可实现绕X、Y轴的转动，故本发明机构具有空间三转动自由度。
以上对本发明的描述仅仅是示意性的，而不是限制性的，所以，本发明的实施方式并不局限于上述的具体实施方式。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，做出其他变化或变型，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种新型空间三自由度并联机构，它包括机架，在所述的机架的上方设置有一个动平台，其特征在于：所述的机架呈正三角形对称布置结构，在所述的机架的每一条三角形边上均设置有一个导向滑轨，第一、第二、第三主动支链空间对称分布于所述机架与动平台之间，所述的第一、第二、第三主动支链具有相同的结构，每一个主动支链包括与导向滑轨相连构成直线移动副的滑鞍，所述滑鞍与连杆的一端通过转动副连接，所述转动副的轴线与转动副所对应的所述导向滑轨方向一致，所述连杆的另一端通过具有三转动自由度的铰链与所述动平台相连。
2.根据权利要求1所述的新型空间三自由度并联机构，其特征在于：所述的具有三转动自由度的铰链为球铰链。
3.一种新型空间三自由度并联机构，它包括机架，在所述的机架的上方设置有一个动平台，其特征在于：所述的机架呈正三角形对称布置结构，在所述的机架的每一条三角形边上均设置有一个导向滑轨，第一、第二、第三主动支链空间对称分布于所述机架与动平台之间，所述的第一、第二、第三主动支链具有相同的结构，每一个主动支链包括与导向滑轨相连构成直线移动副的滑鞍，在所述的滑鞍上固定连接有一个滑轨，连杆的一端为滑块，所述的滑块与滑轨滑动相连构成第一移动副，所述的滑块移动轴线与连杆轴线共线，所述连杆的另一端通过具有三转动自由度的铰链与所述动平台相连。
4.根据权利要求2所述的新型空间三自由度并联机构，其特征在于：所述的具有三转动自由度的铰链为球铰链。
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