大載荷三轉動並聯機構的製作方法
2023-04-23 13:52:51
專利名稱：大載荷三轉動並聯機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及工具機和工業機器人，尤其涉及一種用於並聯結構虛軸數控工具機 和並聯機器人的大載荷三轉動並聯機構。
背景技術：
並聯機構廣泛應用於重載模擬設備、機器人、數控工具機、傳感器及微操作領 域。然而，並聯機構各驅動單元之間是耦合的，即並聯機構整體輸出平臺(動平臺)沿 任一方向的運動都是所有驅動單元的運動合成，並且各驅動單元的運動與並聯機構整體 運動(即輸入與輸出)之間是非線性的。這一特性導致並聯機構控制複雜，標定困難， 且制約了精度的提高。因此，如何實現並聯機構解耦，以簡化控制和標定，提高運動精 度，一直是一個困難而富有挑戰性的課題。運動解耦並聯機器人是指輸出運動的任一自由度都僅依賴單個驅動單元，其他 驅動單元的動作不對此自由度產生影響。具有完全解耦的並聯機構運動關係簡單、標定 簡便、控制精度高、剛度大，在虛軸工具機和機器人領域應用前景廣闊。中國專利文獻CN101036986A報導了由動平臺、固定平臺及連接它們的四條 閉環運動支鏈組成的兩轉動一移動並聯機構，每條閉環支鏈含有一組對稱結構的六桿球 形機構，動平臺和固定平臺與每條支鏈用轉動副連接。文獻[XianwenKong，Clement Μ.Gosselin Type synthesis of input-output decoupled parallelmanipulators, Transactions of the CSME，Vol.28, Special Edition，2004]中報導了具有兩移動一轉動自由度的並聯機構， 由動平臺、固定平臺和串並聯混搭的運動支鏈組成。文獻[李惠良，金瓊，楊廷力，一 類一平移兩轉動解耦並聯機構及其位移分析，機械製造與研究，Feb 2002，(1) : 9-12， 14]提出一種具有三角化解耦特性的兩轉動一移動並聯機構，但輸出自由度不完全由單個 驅動器控制，仍屬於部分解耦並聯機構。
實用新型內容本實用新型的目的，就是為了提供一種大載荷三轉動並聯機構，以克服現有技 術中結構複雜、控制不便、運動精度低的缺陷。為了達到上述目的，本實用新型採用了以下技術方案一種大載荷三轉動並聯 機構，由機架、動平臺以及連接在機架與動平臺之間的第一運動支鏈，第二運動支鏈和 第三運動支鏈組成；所述的第一運動支鏈包括第一移動副、第一球鉸鏈和第二球鉸鏈，第一球鉸鏈 和第二球鉸鏈分別連接在第一移動副的兩端；所述的第一運動支鏈的一端通過第一球鉸 鏈與機架相連，另一端通過第二球鉸鏈與動平臺相連；所述的第二運動支鏈包括第二移動副、第三球鉸鏈和第四球鉸鏈，第三球鉸鏈 和第四球鉸鏈分別連接在第二移動副的兩端；所述的第二運動支鏈的一端通過第三球鉸 鏈與機架相連，另一端通過第四球鉸鏈與動平臺相連；[0009]所述的第三運動支鏈包括連接成一體的轉動副和萬向鉸鏈；所述的第三運動支 鏈的一端通過轉動副與機架相連，另一端通過萬向鉸鏈與動平臺相連；所述的第二球鉸鏈位於所述萬向鉸鏈的一個轉動軸的軸線上，所述的第四球鉸 鏈位於所述萬向鉸鏈的另一個轉動軸的軸線上。所述的動平臺上設有用於安裝萬向鉸鏈的通孔，在該通孔的一條直徑線上對稱 設有兩個徑向軸孔與該通孔連通；所述的萬向鉸鏈伸入上述通孔內，其中的一個轉動軸 安裝在上述兩個徑向軸孔內。本實用新型大載荷三轉動並聯機構由於採用了以上技術方案，使其與現有技術 相比，具有以下的優點和特點1、具有解耦的三個轉動自由度，轉動自由度僅依賴運動支鏈的運動副的線性控 制，實現原理非常簡單，具有非常好的線性關係。2、僅含少量運動副，結構簡單、安裝方便、轉動慣量小，運動響應快。3、運動解耦，基本單個輸出自由度僅需要控制單個驅動單元，標定容易，控制 簡單，從而降低了開發成本。
圖1是本實用新型大載荷三轉動並聯機構的立體結構示意圖；圖2是本實用新型中的動平臺的立體結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。附圖所示為本實用新型的一個 較佳實施例，本實用新型的技術方案不限於本實施例。參見圖1，配合參見圖2，本實用新型大載荷三轉動並聯機構，由機架1、動平 臺2以及連接在機架與動平臺之間的第一運動支鏈3，第二運動支鏈4和第三運動支鏈5 組成。其中的第一運動支鏈3包括第一移動副31、第一球鉸鏈32和第二球鉸鏈33，第 一球鉸鏈32和第二球鉸鏈33分別連接在第一移動副31的兩端；第一運動支鏈3的一端 通過第一球鉸鏈32與機架1相連，另一端通過第二球鉸鏈33與動平臺2相連。其中的第二運動支鏈4包括第二移動副41、第三球鉸鏈42和第四球鉸鏈43，第 三球鉸鏈42和第四球鉸鏈43分別連接在第二移動副41的兩端；第二運動支鏈4的一端 通過第三球鉸鏈42與機架1相連，另一端通過第四球鉸鏈43與動平臺2相連。其中的第三運動支鏈5包括連接成一體的轉動副51和萬向鉸鏈52 ；第三運動支 鏈5的一端通過轉動副51與機架1相連，另一端通過萬向鉸鏈52與動平臺2相連。上述第二球鉸鏈33位於上述萬向鉸鏈52的一個轉動軸的軸線上，上述第四球鉸 鏈43位於上述萬向鉸鏈52的另一個轉動軸的軸線上。參見圖2，本實用新型中的動平臺2上設有用於安裝萬向鉸鏈的通孔21，在該通 孔的一條直徑線上對稱設有兩個徑向軸孔22、23與通孔21連通；萬向鉸鏈52伸入上述 通孔21內，其中的一個轉動軸安裝在上述兩個徑向軸孔22、23內。本實用新型大載荷三轉動並聯機構的工作原理如下當第一移動副沿軸線伸長或縮短，而第二移動副、轉動副不動時，第一運動支鏈驅動動平臺繞萬向鉸鏈的一個軸 線轉動；當第二移動副沿軸線伸長或縮短，而第一移動副、轉動副不動時，第二運動支 鏈驅動動平臺繞萬向鉸鏈的另一個軸線轉動；當轉動副沿軸線旋轉，並且第一移動副、 第二移動副也同時伸縮適當位移時，動平臺在三個運動支鏈的共同作用下繞轉動副的軸 線旋轉。
權利要求1.一種大載荷三轉動並聯機構，由機架、動平臺以及連接在機架與動平臺之間的第 一運動支鏈，第二運動支鏈和第三運動支鏈組成；其特徵在於所述的第一運動支鏈包括第一移動副、第一球鉸鏈和第二球鉸鏈，第一球鉸鏈和第 二球鉸鏈分別連接在第一移動副的兩端；所述的第一運動支鏈的一端通過第一球鉸鏈與 機架相連，另一端通過第二球鉸鏈與動平臺相連；所述的第二運動支鏈包括第二移動副、第三球鉸鏈和第四球鉸鏈，第三球鉸鏈和第 四球鉸鏈分別連接在第二移動副的兩端；所述的第二運動支鏈的一端通過第三球鉸鏈與 機架相連，另一端通過第四球鉸鏈與動平臺相連；所述的第三運動支鏈包括連接成一體的轉動副和萬向鉸鏈；所述的第三運動支鏈的 一端通過轉動副與機架相連，另一端通過萬向鉸鏈與動平臺相連；所述的第二球鉸鏈位於所述萬向鉸鏈的一個轉動軸的軸線上，所述的第四球鉸鏈位 於所述萬向鉸鏈的另一個轉動軸的軸線上。
2.如權利要求1所述的大載荷三轉動並聯機構，其特徵在於所述的動平臺上設有 用於安裝萬向鉸鏈的通孔，在該通孔的一條直徑線上對稱設有兩個徑向軸孔與該通孔連 通；所述的萬向鉸鏈伸入上述通孔內，其中的一個轉動軸安裝在上述兩個徑向軸孔內。
專利摘要本實用新型提供了一種大載荷三轉動並聯機構，它由機架、動平臺以及連接在機架與動平臺之間的第一運動支鏈，第二運動支鏈和第三運動支鏈組成。其中的第一運動支鏈由第一移動副、第一球鉸鏈和第二球鉸鏈組成；第二運動支鏈由第二移動副、第三球鉸鏈和第四球鉸鏈組成，第三運動支鏈由轉動副和萬向鉸鏈連接組成。上述第二球鉸鏈、第四球鉸鏈和萬向鉸鏈分別與動平臺相連，並且第二球鉸鏈位於萬向鉸鏈的一個轉動軸的軸線上，第四球鉸鏈位於萬向鉸鏈的另一個轉動軸的軸線上。本實用新型具有解耦的三個轉動自由度，轉動自由度僅依賴運動支鏈的運動副的線性控制，實現原理非常簡單，具有非常好的線性關係。
文檔編號B23Q1/25GK201799861SQ20102052006
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者劉燕, 宋芳, 張帆, 徐新成, 朱建軍, 胡義剛 申請人:上海工程技術大學