一種具有弧形移動副的三自由度並聯機構的製作方法

2023-07-24 00:38:17

本發明涉及並聯機構技術領域，尤其涉及一種具有弧形移動副的三自由度並聯機構。

背景技術：

自1938年首次提出並聯機器人以來，因其具較大剛度、較強的承載能力、誤差小、精度高、自重負荷比小、動力性能好、控制容易等特點，廣泛應用於社會的各個領域。目前，常見的有2自由度、3自由度、4自由度、6自由度並聯機構；目前，三自由度並聯機構是研究最多、應用最廣的一類少自由度並聯機構。它按動平臺自由度的類型可以分為四類：3轉動並聯機構、2轉動1移動並聯機構、1轉動2移動並聯機構、3移動並聯機構。其中，球面並聯機構屬於3轉動並聯機構，其能實現繞動平臺參考點運動球面的球心的任意轉動，當機構運動時，機構動平臺上所有的點都繞著該球心、以一個固定半徑轉動。球面並聯相對於一般的並聯機構的優勢是工作空間大、靈活可靠、不易發生幹涉等。

如燕山大學高峰教授等人提出的一種具有中心球面鉸鏈的偏置輸出三自由度球面並聯機構(cn101306534)，其具有典型的3-rrr型機構特徵。實現繞固定中心做三個方向轉動。

燕山大學黃真教授提出一種具有對稱結構且無伴隨運動的並聯機構(cn102962840)。其能夠定、動平臺中間對稱平面內的任意一條軸或者任意一點連續轉動，能有效的避免伴隨運動的發生。

上海大學沈龍提出的一種球面三自由度並聯機構天線結構系統(cn101924266)。其較一般的三自由度球型機構相比，具有較大的工作空間。

上海交通大學林榮富等人提出的具有弧形移動副的三自由度球面並聯機構(cn104827463)。採用弧形移動副的形式來實現動平臺繞弧形的中點做三個方向的轉動。

這些機構支鏈的運動副配置大多包含rr或者rrr，並且這些運動副的軸線相交於一點，來實現動平臺的3個自由度的運動，其中上海交通大學林榮富採用弧形移動副，使得通過運動副的弧形配置，讓動平臺受到三個方向的力約束，而僅僅能夠繞弧形的中心做三個方向的轉動，其轉動中心固定，導致其工作空間較小。

技術實現要素：

鑑於此，有必要提供一種工作空間較大的具有弧形移動副的三自由度並聯機構。

一種具有弧形移動副的三自由度並聯機構，包括固定平臺、動平臺，及設於所述固定平臺和所述動平臺之間的三個弧形支鏈；

每個弧形支鏈包括共弧心的第一弧形連杆和第二弧形連杆，所述第一弧形杆的一端和所述固定平臺之間採用轉動副連接，所述第二弧形杆的一端設於所述第一弧形杆另一端的空腔內，且所述第二弧形杆沿所述第一弧形杆的圓弧的切線方向可作往復運動，所述第二弧形杆的另一端和所述動平臺之間採用球鉸的方式連接，三個所述弧形支鏈的三個所述轉動副均勻間隔分布在所述固定平臺的圓周上。

在其中一個實施例中，三個所述轉動副的軸線相互平行。

在其中一個實施例中，所述第一弧形杆的空腔的橫截面為圓形、橢圓形或方形。

在其中一個實施例中，三個所述弧形支鏈的半徑相同。

在其中一個實施例中，三個所述弧形支鏈的半徑不同。

上述具有弧形移動副的三自由度並聯機構，弧形支鏈的一端通過轉動副和固定平臺連接，弧形支鏈的另一端通過球鉸和動平臺連接，轉動副的軸線相互平行配置，並且該並聯機構動平臺的轉動中心是各弧形支鏈球鉸中心與弧形支鏈中心連線的交點，此交點隨動平臺的位姿變化而變化，從而使動平臺的工作空間較大。結構簡單可靠，驅動能力強，靈活度較高，動平臺運動平穩，可應用於虛軸工具機、工業機器人、航空模擬設備、醫療設備等領域。

附圖說明

圖1為一實施方式的具有弧形移動副的三自由度並聯機構的結構示意圖；

圖2為上述具有弧形移動副的三自由度並聯機構的轉動中心的示意圖，圖中，o1，o2，o3分別為三個弧形支鏈的弧心，o為轉動中心。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清晰，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

請參閱圖1，一實施方式的具有弧形移動副的三自由度並聯機構100，包括固定平臺110、動平臺120，及設於固定平臺110和動平臺120之間的三個弧形支鏈130。

請同時參考圖2，每個弧形支鏈130包括共弧心的第一弧形連杆132和第二弧形連杆134。第一弧形杆132的一端和固定平臺110之間採用轉動副136連接。第二弧形杆134的一端設於第一弧形杆132另一端的空腔內，且第二弧形杆134沿第一弧形杆132的圓弧的切線方向可作往復運動。第二弧形杆134的另一端和動平臺120之間採用球鉸138的方式連接。

在本實施方式中，固定平臺110結構為圓形板塊。可以理解，固定平臺110的結構根據需要設計成方形板塊、長方形板塊等結構。動平臺120的結構為三角形板塊。三角形板塊的三個頂點分別通過三個球鉸138和三個弧形支鏈130遠離固定平臺110的一端連接。

三個弧形支鏈130的三個轉動副136均勻間隔分布在固定平臺110的圓周上。即三個轉動副136在固定平臺110上的連線為等腰三角形。三個弧形支鏈130在固定平臺110和動平臺120之間在平行於固定平臺110的圓周上呈對稱分布。

三個轉動副136的軸線相互平行。三個轉動副136的軸線垂直於固定平臺110，且指向弧形支鏈130的弧心。

第一弧形杆132可以為弧形的管狀結構。第一弧形杆132的空腔的橫截面可以為圓形、橢圓形或方形等結構。第二弧形連杆134的橫截面可以為與第一弧形杆132空腔結構相匹配的圓形、橢圓或方形等結構。

第二弧形杆134沿第一弧形杆132的圓弧的切線方向可作往復運動，即第二弧形杆134可以進入或者伸出第一弧形杆132，從而調節動平臺120與固定平臺110之間的距離。

根據不同的工作空間、或者靈活度的要求，三個弧形支鏈130的半徑可以設計為相同或不同。

該具有弧形移動副的三自由度並聯機構100，通過驅動第一弧形杆132在固定平臺110上繞轉動副136的軸線的轉動角度，來實現動平臺120繞三個弧形支鏈130上各自的球鉸的中心與各自弧形支鏈130的弧心連線的交點做三維坐標系的軸線的三個方向的轉動。也就是說，請參考圖2，該具有弧形移動副的三自由度並聯機構100的動平臺110的轉動中心是各弧形支鏈130的球鉸138中心與弧形支鏈130的弧心連線的交點，此交點隨動平臺120的位姿變化而變化。上述具有弧形移動副的三自由度並聯機構100，三個弧形支鏈130的一端均分別和固定平臺110直接連接，從而使並聯機構100的轉動中心不固定，可以根據實際要求，任意配置弧形支鏈安裝在固定平臺的位置，對安裝要求沒有局限性，提高其工作空間和靈活度。

上述具有弧形移動副的三自由度並聯機構100，弧形支鏈130的一端通過轉動副136和固定平臺110連接，弧形支鏈130的另一端通過球鉸138和動平臺120連接，轉動副136的軸線相互平行配置，並且該並聯機構動平臺120的轉動中心是各弧形支鏈130球鉸中心與弧形支鏈130中心連線的交點，此交點隨動平臺120的位姿變化而變化，從而使動平臺120的工作空間較大。結構簡單可靠，驅動能力強，靈活度較高，動平臺120運動平穩，可應用於虛軸工具機、工業機器人、航空模擬設備、醫療設備等領域。

以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。