一種三平移一轉動的四自由度並聯機構的製作方法

2023-06-12 00:51:21 2

本發明涉及一種並聯機構，特別是涉及一種具有空間三平移一轉動的四自由度並聯機構。

背景技術：

串聯機構具有末端執行器工作空間大，姿態靈活等優點，但由於其懸臂特徵使剛度較小，承載能力較弱，且驅動裝置通常布置在串聯機構的關節處，大大增加了機構重量和運動慣性力，嚴重影響了機構的運動性能。而在實際生產過程中，對機械手的精度、速度和加速度等性能要求較高。並聯機構的產生將機械手的發展提升到一個新的高度，並聯機構具有剛度大、承載能力強、誤差累積小、動態性能好、結構緊湊等優點，近年來被廣泛應用於眾多技術領域。

隨著並聯機械手的發展，四自由度機械手得到了廣泛的應用，其中三個移動一個轉動四自由度機械手在裝配、鉚接、擰轉螺絲、搬運物體等領域發展尤為迅速。然而，現有的具有三維平動一維轉動的四自由度並聯機構大多採用相同的支鏈，結構複雜，工作空間小，製造成本高，實用性差等缺點，因此，本專利提出了一種結構簡單，工作空間相對較大的四自由度並聯機構。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題在於:針對現有的四自由度並聯機構具有相同支鏈結構導致工作空間小的問題，本發明提出了一種具有高剛度，動態性能好的三維平動一維轉動的四自由度並聯機構。

為實現上述發明目的，本發明採取的技術方案為：一種三平移一轉動的四自由度並聯機構，包括固定平臺、動平臺以及布置在固定平臺與動平臺之間的第一支鏈I、第二支鏈II、第三支鏈III和第四支鏈IV，其中第一支鏈I和第三支鏈III結構相同，第二支鏈II和第四支鏈IV結構相同，第一支鏈I、第二支鏈II、第三支鏈III和第四支鏈IV均勻分布在固定平臺與動平臺之間。

上述方案中，所述第一支鏈包括主動臂一、從動臂一，主動臂一和從動臂一之間通過球副一連接，主動臂一的上端部分通過轉動副一與固定平臺連接，從動臂一的下端部分通過球副二與動平臺連接。

上述方案中，所述第二支鏈包括主動臂二、連杆一、連杆二、第二從動臂、第三從動臂。所述主動臂二的一端與固定平臺通過轉動副二連接，另一端與連杆一固連；連杆一的一端通過第三球副與第二從動臂連接，另一端通過第四球副與第三從動臂連接，第二從動臂與連杆二之間通過第五球副連接，第三從動臂與連杆二之間通過第六球副連接，連杆二與動平臺固連；所述第二從動臂與第三從動臂平行且等長。

上述方案中，所述第二從動臂和第三從動臂之間設有兩個連接件，兩個所述連接件一端與第二從動臂通過第三轉動副連接，另一端與第三從動臂通過第四轉動副連接，所形成的四個轉動副的軸線相互平行且都垂直於有第二從動臂、第三從動臂、連杆一以及連杆二所組成的平行四邊形所在的平面。

上述方案中，所述第三球副的球接頭和第四球副的球接頭均與連杆一固接，第五球副的球接頭和第六球副的球接頭均與連杆二固接；所述第二從動臂的一端與第三球副的球鉸接，另一端與第五球副的球鉸接，第三從動臂的一端與第四球副的球鉸接，另一端與第六球副的球鉸接。

本發明的有益效果：與傳統的三平移一轉動的並聯機構相比，結構簡單，運動構件慣性力低等優點，有利於實現高速高加速的動態響應特性。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步說明。

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明第一支鏈、第三支鏈的結構示意圖。

圖3是本發明第二支鏈、四支鏈的結構示意圖。

其中：1.固定平臺，2.轉動副一，3.主動臂一，4.球副一，5.從動臂一，6.球副二，7.動平臺，8.轉動副二9.主動臂三，10.連杆一，11a.球副三，11b.球副四，11c.球副五，11d.球副六，12a.第三轉動副，12b.第四轉動副，13.連接件，14. 第二從動臂膀，15.第三從動臂，16.連杆二。

具體實施方式

以下是本發明的具體實施例並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明並不限於這些實施例。

如圖1所示的一種三維平動一維轉動的四自由度並聯機構，包括固定平臺1、動平臺7以及布置在固定平臺與動平臺之間的第一支鏈I、第二支鏈II、第三支鏈III和第四支鏈IV，其中第一支鏈I和第三支鏈III結構相同，第二支鏈II和第四支鏈IV結構相同，四條支鏈依次間隔均勻分布在兩平臺之間。

如圖2所示，所述第一支鏈I包括主動臂一3、從動臂一5，主動臂一3和從動臂一5之間通過球副一4連接，主動臂一3的上端部分通過轉動副一2與固定平臺1連接，從動臂一5的下端部分通過球副二6與動平臺7連接。第三支鏈III的結構與第一支鏈I的結構相同，通過第一支鏈I和第三支鏈III的特殊結構，可以實現本發明裝置的三平移三轉動。

如圖3所示，所述第二支鏈包括主動臂二9、連杆一10、連杆二16、第二從動臂14、第三從動臂15；所述主動臂二9的一端與固定平臺1通過轉動副二8連接，另一端與連杆一10固連；連杆一10的一端通過第三球副11a與第二從動臂14連接，另一端通過第四球副11b與第三從動臂15連接，第二從動臂14與連杆二16之間通過第五球副11c連接，第三從動臂15與連杆二16之間通過第六球副11d連接，連杆二16與動平臺7固連；所述第二從動臂14與第三從動臂15平行且等長。所述第二從動臂14和第三從動臂15之間設有兩個連接件13，兩個所述連接件13一端與第二從動臂14通過第三轉動副12a連接，另一端與第三從動臂15)通過第四轉動副12b連接，所形成的四個轉動副的軸線相互平行且都垂直於有第二從動臂14、第三從動臂15、連杆一10以及連杆二16所組成的平行四邊形所在的平面。所述第三球副11a的球接頭和第四球副11b的球接頭均與連杆一10固接，第五球副11c的球接頭和第六球副11d的球接頭均與連杆二16固接；所述第二從動臂14的一端與第三球副11a的球鉸接，另一端與第五球副11c的球鉸接，第三從動臂15的一端與第四球副11b的球鉸接，另一端與第六球副11d的球鉸接。第四支鏈IV的結構和第二支鏈II的結構完全相同，通過第二支鏈II和第四支鏈IV的特殊結構，能夠實現三平移一轉動四個自由度的運動。

根據並聯機構自身特性，動平臺自由度是所有支鏈自由度的交集，故該並聯機構動平臺具有三平移一轉動四個自由度的運動特性，其轉動軸線為動平臺上兩個球副的連接線。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。