專利名稱：二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)機器人領(lǐng)域，特別是一種二自由度平移運動并聯(lián)機器人機構(gòu)。 背景技術(shù)：
并聯(lián)機構(gòu)由固定平臺、運動平臺及連接兩個平臺的多個分支機構(gòu)組成，其驅(qū)動電機 可以固定在固定平臺上，減少了運動部件的質(zhì)量，且并聯(lián)機構(gòu)是多個構(gòu)件共同支撐運動 平臺運動。相對傳統(tǒng)的串聯(lián)機構(gòu)，更易實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化設(shè)計、高剛度以及運動的 高速。在近20年來受到越來越多的研究者和制造商的重視，并已應(yīng)用到機床、高精密 定位裝置、飛行模擬器、飛船對接、醫(yī)療機器人和微動機械等眾多領(lǐng)域中。并聯(lián)機構(gòu)按自由度分類有二自由度并聯(lián)機構(gòu)、三自由度并聯(lián)機構(gòu)、四自由度并聯(lián) 機構(gòu)、五自由度并聯(lián)機構(gòu)和六自由度并聯(lián)機構(gòu)。當(dāng)自由度較多時，由其機構(gòu)本身的特點， 存在運動耦合增強且工作空間與體積比變小，運動正解不封閉和標(biāo)定困難等問題，而且 在醫(yī)藥、食品，以及微電子產(chǎn)品裝配等自動化生產(chǎn)線上一些自動裝置只需要較少的運動 自由度就可滿足要求，因此一些少自由度并聯(lián)機構(gòu)受不少研究者關(guān)注，提出不少新的少 自由度并聯(lián)機構(gòu)，并研究其應(yīng)用。二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)因其自由度少，運動封閉， 應(yīng)用廣泛，己成為研究的一個熱點。為保證二自由度并聯(lián)機構(gòu)作平移運動，現(xiàn)有的技術(shù)方案多數(shù)是采用平行四邊形支鏈結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)運動平臺的平移運動。例如，CN1628939A、 CN2700064Y、 CN2693426Y 和CN2741730Y提出的二自由度移動平面并聯(lián)機構(gòu)采用平行四邊形支鏈來約束運動平 臺的運動，使得運動平臺只能作平面平移運動，這些方案可以很好地保證機構(gòu)的平移運 動，但是其克服垂直其運動平面的載荷能力不強，也就是說在垂直運動平面的剛度不高。 這是由于平行四邊形機構(gòu)包含有四個軸線平行的轉(zhuǎn)動副，在垂直平行四邊形運動平面的 力載荷作用下，組成平行四邊形的桿件將要承受彎矩作用，而且桿件越長，所承受的彎 矩將越大，這將影響用其組成的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)的剛度。為提高在垂直運 動平面的剛度，CN1817574A提出增加兩根被動約束分支結(jié)構(gòu)，采用電磁式可控阻尼桿 來調(diào)節(jié)二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)的剛度，但其結(jié)構(gòu)本質(zhì)上也是基于平行四邊形來構(gòu)造，所 提出方案既不能從結(jié)構(gòu)本質(zhì)上解決垂直運動平面的剛度低的問題，同時又增加了控制的 難度和成本。CN1715009A提出的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)比較有特色，其沒有采用平行四邊形機構(gòu)的約束來實現(xiàn)二自由度平移運動，而是通過對滑臺的巧妙設(shè)計來構(gòu)造二自由 度平動機構(gòu)，且輸出的運動解耦，由于也是通過平面結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)運動平臺的平移運動， 所有也存在在垂直運動平面的方向剛度不高這一缺點。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)，該機構(gòu)在運動平面內(nèi)剛 度很高，同時在垂直于運動平面的方向的剛度也很高。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為 一種二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)，兩個導(dǎo)軌 設(shè)置在固定平臺上，該固定平臺與作兩自由度平移運動的運動平臺通過兩條運動支鏈連 接并形成一個封閉的結(jié)構(gòu)。每條運動支鏈包括運動滑塊以及連接該運動滑塊和固定平臺 的三個子約束支鏈，該三個子約束支鏈分別由與運動滑塊連接的虎克鉸、連桿和與運動 平臺連接的虎克鉸組成，該三個子約束支鏈分布在導(dǎo)軌軸線的兩側(cè)，其中有兩個子約束 支鏈?zhǔn)遣贾迷趯?dǎo)軌軸線的一側(cè)，另一個子約束支鏈設(shè)置在導(dǎo)軌軸線的另一側(cè)；該三個子 約束支鏈的三個連桿長度相等，每個子約束支鏈與運動滑塊相連的虎克鉸的轉(zhuǎn)動副軸線 分別與運動平臺相連的虎克鉸的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行，與連桿相連的虎克鉸的轉(zhuǎn)動副軸 線相互平行；與運動滑塊連接的第一虎克鉸的中心與第三虎克鉸中心的距離等于與運動 平臺連接的第一虎克鉸中心與第三虎克鉸中心的距離；與運動滑塊連接的第一、第二、 第三虎克鉸的中心組成一個三角形，與運動平臺連接的第一、第二、第三虎克鉸的中心 組成一個三角形，所述的兩個三角形相互平行但不全等。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(1)本發(fā)明的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)采 用虎克鉸的運動約束來實現(xiàn)，形成空間約束，抵抗各個方向的載荷能力都強，而采用平 行四邊形機構(gòu)的約束來保證運動平臺具有二自由度平移運動的機構(gòu)形成的約束相互平 行，抵抗多個方向的載荷能力不強，如垂直于運動平面的方向，因此在同等條件下本發(fā) 明的機構(gòu)具有更高的剛度。(2)本發(fā)明機構(gòu)連桿兩端為虎克鉸，使得連桿在外部載荷作 用下不再受彎矩作用，改善了機構(gòu)的受力狀況。當(dāng)通過連桿長度增加來增大其工作空間 時，不需要加大連桿的幾何結(jié)構(gòu)尺寸來保證其剛度，減少其幾何質(zhì)量，進(jìn)一步減小其慣 性載荷，這樣機構(gòu)的性能可以進(jìn)一步提升。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 四


圖1為本發(fā)明的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)的實施例1的總體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)的實施例2的總體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)的實施例3的總體結(jié)構(gòu)示意圖。 五具體實施方式
結(jié)合圖l，本發(fā)明二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)，固定平臺l保持不動，運動平臺6 可作兩自由度平移運動。兩個導(dǎo)軌2設(shè)置在固定平臺1上，該固定平臺1與運動平臺6 通過兩條運動支鏈連接并形成封閉結(jié)構(gòu)。每條運動支鏈包括運動滑塊3以及連接該運動 滑塊3和固定平臺1的三個子約束支鏈，該三個子約束支鏈分別由與運動滑塊3連接的 虎克鉸41a、 42a、 43a、連桿51、 52、 53和與運動平臺6連接的虎克鉸41b、 42b、 43b 組成，該三個子約束支鏈分布在導(dǎo)軌2軸線的兩側(cè)，其中有兩個子約束支鏈?zhǔn)窃O(shè)置在平 行導(dǎo)軌2軸線的一側(cè)，另一個子約束支鏈設(shè)置在導(dǎo)軌2軸線的另一側(cè)；該三個子約束支 鏈的三個連桿51、 52、 53長度相等，每個子約束支鏈與運動滑塊3相連的虎克鉸41a、 42a、 43a的轉(zhuǎn)動副軸線分別與運動平臺6相連的虎克鉸41b、 42b、 43b的轉(zhuǎn)動副軸線相 互平行，與連桿51、 52、 53相連的虎克鉸41a、 42a、 43a、 41b、 42b、 43b的轉(zhuǎn)動副軸 線相互平行；與運動滑塊3連接的第一虎克鉸41a的中心與第三虎克鉸43a中心的距離 等于與運動平臺6連接的第一虎克鉸41b中心與第三虎克鉸43b中心的距離；與運動滑 塊3連接的第一、第二、第三虎克鉸41a、 42a、 43a的中心組成一個三角形，與運動平 臺6連接的第一、第二、第三虎克鉸41b、 42b、 43b的中心組成一個三角形，所述的兩 個三角形相互平行但不全等。其中， 一條運動支鏈的三個子約束支鏈與另一條運動支鏈 的三個子約束支鏈中的桿件長度相同或不相同。通過三個子約束支鏈的約束，使得運動平臺6的姿態(tài)與運動滑塊3的姿態(tài)保持一 致，而運動滑塊3只能在固定平臺1上滑動，不能改變姿態(tài)，這樣確保運動平臺6可實 現(xiàn)平移運動；通過驅(qū)動兩個運動滑塊3，改變兩個運動滑塊3在固定平臺1上的位置， 并通過支鏈的約束，使得運動平臺6的位置發(fā)生變化。實施例l。本發(fā)明二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)中，除了上述結(jié)構(gòu)相同外，通過驅(qū)動 運動滑塊3，使運動滑塊3在固定平臺1上的運動軸線重合的兩導(dǎo)軌2上平移運動，通 過兩條運動支鏈的約束，使得運動平臺6可實現(xiàn)二自由度平移運動，如圖l。實施例2。本發(fā)明二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)中，除了上述結(jié)構(gòu)相同外，兩導(dǎo)軌2的運動軸線相互平行，因此運動滑塊3的運動方向是相互平行，如圖2。實施例3。本發(fā)明二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)中，除了上述結(jié)構(gòu)相同外，與運動滑 塊3連接的第一、第二、第三虎克鉸41a、 42a、 43a的中心組成一個三角形，與運動平 臺6連接的第一、第二、第三虎克鉸41b、 42b、 43b的中心組成一個三角形，所述的兩 個三角形與兩導(dǎo)軌2的運動軸線相互平行或不平行，如圖3。如通過對虎克鉸的組成的 平面與導(dǎo)軌軸線方向不平行布置，約束子支鏈的運動范圍能更大一些，使得運動平臺不 會因虎克鉸的運動干涉而縮小運動范圍。
權(quán)利要求
1、一種二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于兩個導(dǎo)軌[2]設(shè)置在固定平臺[1]上，該固定平臺[1]與作兩自由度平移運動的運動平臺[6]通過兩條運動支鏈連接，每條運動支鏈包括運動滑塊[3]以及連接該運動滑塊[3]和固定平臺[1]的三個子約束支鏈，該三個子約束支鏈分別由與運動滑塊[3]連接的虎克鉸[41a、42a、43a]、連桿[51、52、53]和與運動平臺[6]連接的虎克鉸[41b、42b、43b]組成，該三個子約束支鏈分布在導(dǎo)軌[2]軸線的兩側(cè)，其中有兩個子約束支鏈在導(dǎo)軌[2]軸線一側(cè)設(shè)置，另一個子約束支鏈設(shè)置在導(dǎo)軌[2]軸線的另一側(cè)；該三個子約束支鏈的三個連桿[51、52、53]長度相等，每個子約束支鏈與運動滑塊[3]相連的虎克鉸[41a、42a、43a]的轉(zhuǎn)動副軸線分別與運動平臺[6]相連的虎克鉸[41b、42b、43b]的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行，與連桿[51、52、53]相連的虎克鉸[41a、42a、43a、41b、42b、43b]的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行；與運動滑塊[3]連接的第一虎克鉸[41a]的中心與第三虎克鉸[43a]中心的距離等于與運動平臺[6]連接的第一虎克鉸[41b]中心與第三虎克鉸[43b]中心的距離；與運動滑塊[3]連接的第一、第二、第三虎克鉸[41a、42a、43a]的中心組成一個三角形，與運動平臺[6]連接的第一、第二、第三虎克鉸[41b、42b、43b]的中心組成一個三角形，所述的兩個三角形相互平行但不全等。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于通過驅(qū)動運 動滑塊[3]，使運動滑塊[3]在固定平臺[1]上的運動軸線重合的兩導(dǎo)軌[2]上平移運動，通 過兩條運動支鏈的約束，使得運動平臺[6]實現(xiàn)二自由度平移運動。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于兩導(dǎo)軌[2] 的運動軸線相互平行。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于與運 動滑塊[3]連接的第一、第二、第三虎克鉸[41a、 42a、 43a]的中心組成一個三角形，與運 動平臺[6]連接的第一、第二、第三虎克鉸[41b、 42b、 43b]的中心組成一個三角形，所 述的兩個三角形與兩導(dǎo)軌[2]的運動軸線相互平行或不平行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于 一條 運動支鏈的三個子約束支鏈中的桿件與另一條運動支鏈的三個子約束支鏈中的桿件長 度相同或不相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)。該并聯(lián)機器人機構(gòu)的固定平臺與作兩自由度平移運動的運動平臺通過兩條運動支鏈連接，形成封閉結(jié)構(gòu)；每條運動支鏈包括運動滑塊以及連接該運動滑塊和運動平臺的三個子約束支鏈組成，每個子約束支鏈分別由虎克鉸、連桿和虎克鉸串接而成，并且都并接在運動滑塊和運動平臺之間，然后再與運動滑塊串接形成一條運動支鏈。本發(fā)明的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)采用虎克鉸的運動約束來實現(xiàn)，形成空間約束，連桿不再受彎矩作用，改善了機構(gòu)的受力狀況，提高了機構(gòu)的剛度。
文檔編號B25J9/16GK101224578SQ200810018948
公開日2008年7月23日 申請日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者丁武學(xué), 宇 孫, 彭斌彬, 黃曉華 申請人:南京理工大學(xué)