專利名稱：被動(dòng)鉸為虎克鉸的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域，特別是一種被動(dòng)鉸為虎克鉸的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由多個(gè)分支鏈并行連接于固定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)所形成的閉環(huán)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在固定平臺(tái)上，減少了運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量。與傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)承載能力強(qiáng)、剛度質(zhì)量比高、誤差小、易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、高速運(yùn)動(dòng)、模塊化設(shè)計(jì)。二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)屬于少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的一種，由于運(yùn)動(dòng)自由度少，需要約束的自由度多，使得運(yùn)動(dòng)支鏈的設(shè)計(jì)比較困難。目前出現(xiàn)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)多 采用平行四邊形機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從結(jié)構(gòu)的布置上看，這種機(jī)構(gòu)可分為兩類。一類是平行四邊形機(jī)構(gòu)交叉布置，如CN101804629A ;另一類是平行四邊形機(jī)構(gòu)不交叉布置，如CN1589191A、CN1715009A、CN1628939A、CN2693426Y 和 CN2741730Y。除了以上平行四邊形機(jī)構(gòu)外，CN101161428A提出了一種含被動(dòng)約束支鏈的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)通過伸縮桿連接一個(gè)被動(dòng)移動(dòng)副完成二自由度平移運(yùn)動(dòng)；CN1715009A提出的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)通過四個(gè)移動(dòng)副形成約束，其中兩個(gè)主動(dòng)移動(dòng)副軸線垂直布置，從動(dòng)移動(dòng)副的軸線也垂直布置，實(shí)現(xiàn)無條件解耦運(yùn)動(dòng)。總之，以上所提到的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是所含的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線都垂直于運(yùn)動(dòng)平面，移動(dòng)副軸線都在運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)，因此這些機(jī)構(gòu)在垂直于運(yùn)動(dòng)平面方向的剛度(側(cè)向剛度)不高。在實(shí)際工作過程中，二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)所承受的載荷都是空間的，也就是說動(dòng)平臺(tái)的各個(gè)方向都受到外載荷的作用，因此這些機(jī)構(gòu)不能滿足運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)側(cè)向剛度的要求。為了改善二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的側(cè)向剛度，CN101224578A、CN101224577A提出的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)通過虎克鉸的布置形成空間約束，改善了支鏈的受力狀況，提高了機(jī)構(gòu)的側(cè)向承載能力及剛度，但是存在過約束，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、側(cè)向剛度高的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用虎克鉸作為被動(dòng)鉸，改善了機(jī)構(gòu)的受力狀況，提高了機(jī)構(gòu)的剛度，尤其是側(cè)向剛度。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種被動(dòng)鉸為虎克鉸的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)和第一、二對(duì)導(dǎo)軌，以及并聯(lián)連接在固定平臺(tái)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間的兩條運(yùn)動(dòng)支鏈；固定平臺(tái)保持不動(dòng)，第一、二對(duì)導(dǎo)軌設(shè)置在固定平臺(tái)上，第一對(duì)導(dǎo)軌上設(shè)置第一運(yùn)動(dòng)滑塊，第二對(duì)導(dǎo)軌上設(shè)置第二運(yùn)動(dòng)滑塊，該兩條運(yùn)動(dòng)支鏈中第一條運(yùn)動(dòng)支鏈為復(fù)合支鏈，該第一條運(yùn)動(dòng)支鏈由兩個(gè)子約束支鏈分別與第一運(yùn)動(dòng)滑塊串聯(lián)連接而成，該兩個(gè)子約束支鏈并聯(lián)連接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和第一運(yùn)動(dòng)滑塊之間，其中一個(gè)子約束支鏈在第一對(duì)導(dǎo)軌軸線一側(cè)設(shè)置，另一個(gè)子約束支鏈設(shè)置在第一對(duì)導(dǎo)軌軸線的另一側(cè)；第二條運(yùn)動(dòng)支鏈為單支鏈或復(fù)合支鏈，第二條運(yùn)動(dòng)支鏈的單支鏈由一個(gè)子約束支鏈和第二運(yùn)動(dòng)滑塊串聯(lián)連接而成，該子約束支鏈連接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和第二運(yùn)動(dòng)滑塊之間，或者第二條運(yùn)動(dòng)支鏈的復(fù)合支鏈由兩個(gè)子約束支鏈分別與第二運(yùn)動(dòng)滑塊串聯(lián)連接而成，該兩個(gè)子約束支鏈并聯(lián)連接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和第二運(yùn)動(dòng)滑塊之間，其中一個(gè)子約束支鏈在第二對(duì)導(dǎo)軌軸線一側(cè)設(shè)置，另一個(gè)子約束支鏈設(shè)置在第二對(duì)導(dǎo)軌軸線的另一側(cè)；所述的每個(gè)子約束支鏈分別由虎克鉸、連桿、虎克鉸串聯(lián)組成，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)滑塊與子約束支鏈中的虎克鉸連接，子約束支鏈中與連桿兩端相連的虎克鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)沒有采用平行四邊形結(jié)構(gòu)，而是通過虎克鉸的運(yùn)動(dòng)約束及其軸線的交錯(cuò)布置，形成空間約束來實(shí)現(xiàn)二自由度的平移運(yùn)動(dòng)，不僅能提高機(jī)構(gòu)的側(cè)向剛度，而且減少了機(jī)構(gòu)約束支鏈的數(shù)量。該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、側(cè)向剛度高、易于控制及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)總結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)總結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)總結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例4的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)總結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1，本發(fā)明被動(dòng)鉸為虎克鉸的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7、固定平臺(tái)I和第一、二對(duì)導(dǎo)軌21、22，以及并聯(lián)連接在固定平臺(tái)I與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7之間的兩條運(yùn)動(dòng)支鏈。固定平臺(tái)I保持不動(dòng)，第一、二對(duì)導(dǎo)軌21、22設(shè)置在固定平臺(tái)I上，第一對(duì)導(dǎo)軌21上設(shè)置第一運(yùn)動(dòng)滑塊31，第二對(duì)導(dǎo)軌22上設(shè)置第二運(yùn)動(dòng)滑塊32 ;該兩條運(yùn)動(dòng)支鏈中第一條運(yùn)動(dòng)支鏈為復(fù)合支鏈，該第一條運(yùn)動(dòng)支鏈的復(fù)合支鏈由兩個(gè)子約束支鏈分別與第一運(yùn)動(dòng)滑塊31串聯(lián)連接而成，該兩個(gè)子約束支鏈并聯(lián)連接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7和第一運(yùn)動(dòng)滑塊31之間，其中一個(gè)子約束支鏈在第一對(duì)導(dǎo)軌21軸線一側(cè)設(shè)置，另一個(gè)子約束支鏈設(shè)置在第一對(duì)導(dǎo)軌21軸線的另一側(cè)；第二條運(yùn)動(dòng)支鏈為單支鏈或復(fù)合支鏈，第二條運(yùn)動(dòng)支鏈的單支鏈由一個(gè)子約束支鏈和第二運(yùn)動(dòng)滑塊32串聯(lián)連接而成，該子約束支鏈連接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7和第二運(yùn)動(dòng)滑塊32之間，或者第二條運(yùn)動(dòng)支鏈的復(fù)合支鏈由兩個(gè)子約束支鏈分別與第二運(yùn)動(dòng)滑塊32串聯(lián)連接而成，該兩個(gè)子約束支鏈并聯(lián)連接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7和第二運(yùn)動(dòng)滑塊32之間，其中一個(gè)子約束支鏈在第二對(duì)導(dǎo)軌22軸線一側(cè)設(shè)置，另一個(gè)子約束支鏈設(shè)置在第二對(duì)導(dǎo)軌22軸線的另一側(cè)；所述的每個(gè)子約束支鏈分別由虎克鉸、連桿、虎克鉸串聯(lián)組成，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7、運(yùn)動(dòng)滑塊與子約束支鏈中的虎克鉸連接，子約束支鏈中與連桿兩端相連的虎克鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。本發(fā)明的復(fù)合支鏈中連桿的長度相等，與運(yùn)動(dòng)滑塊相連的兩個(gè)虎克鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相交于一點(diǎn)，與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7相連的兩個(gè)虎克鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線也相交于一點(diǎn)；復(fù)合支鏈中與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7相連的兩虎克鉸的中心點(diǎn)之間的距離小于與運(yùn)動(dòng)滑塊相連的兩虎克鉸的中心點(diǎn)之間的距離。本發(fā)明設(shè)置在固定平臺(tái)I上的第一、二對(duì)導(dǎo)軌21、22的軸線重合或平行布置，通過驅(qū)動(dòng)第一、二運(yùn)動(dòng)滑塊31、32可使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7實(shí)現(xiàn)二自由度平移運(yùn)動(dòng)。實(shí)施例I
本發(fā)明二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的總結(jié)構(gòu)如圖I所示，除了具有上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外，第一條運(yùn)動(dòng)支鏈的復(fù)合支鏈包括第一運(yùn)動(dòng)滑塊31、第一、第二子約束支鏈，該第一、第二子約束支鏈并接于該第一運(yùn)動(dòng)滑塊31和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7之間，第二條運(yùn)動(dòng)支鏈的單支鏈包括第二運(yùn)動(dòng)滑塊32和第三子約束支鏈，第一運(yùn)動(dòng)滑塊31設(shè)置在第一導(dǎo)軌21，第二運(yùn)動(dòng)滑塊32設(shè)置在第二導(dǎo)軌22上；所述的第一子約束支鏈由第一虎克鉸41、第一連桿51與第四虎克鉸61串聯(lián)連接而成，所述的第二子約束支鏈由第二虎克鉸42、第二連桿52和第五虎克鉸62串聯(lián)連接而成；第一子約束支鏈和第二子支鏈并聯(lián)連接在第一運(yùn)動(dòng)滑塊31和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7之間，分別通過第一、二虎克鉸41、42與第一運(yùn)動(dòng)滑塊31連接，分別通過第四、第五虎克鉸61、62與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7連接；第一子約束支鏈和第二子支鏈設(shè)置在第一導(dǎo)軌21軸線兩側(cè)，兩子支鏈 中的第一連桿51和第二連桿52等長；所述的第三子約束支鏈分別由第三虎克鉸43、第三連桿53和第六虎克鉸63串聯(lián)連接而成，第三子約束支鏈分別通過第三、六虎克鉸43、63與第二運(yùn)動(dòng)滑塊32和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7相連接，分別與第一、二、三連桿51、52、53兩端相連的第一、二、三、四、五、六虎克鉸41、61、42、62、43、63轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。在第一子約束支鏈和第二子約束支鏈中，與第一運(yùn)動(dòng)滑塊31相連的第一、二虎克鉸41、42的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相交于一點(diǎn)，與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7相連的第四、五虎克鉸61、62的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線也相交于一點(diǎn)；與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7相連的第五、六兩虎克鉸62、63的中心之間的距離小于與第二運(yùn)動(dòng)滑塊32相連的第二、三虎克鉸42、43的中心之間的距離，當(dāng)驅(qū)動(dòng)第一、二運(yùn)動(dòng)滑塊31、32時(shí)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7可作兩自由度平面平移運(yùn)動(dòng)。設(shè)置在定平臺(tái)I上的第一、二對(duì)導(dǎo)軌21、22的軸線重合，因此第一、二運(yùn)動(dòng)滑塊31、32的運(yùn)動(dòng)方向重合。實(shí)施例2
本發(fā)明二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的總結(jié)構(gòu)如圖2所示，除了具有實(shí)施例I的特點(diǎn)外，設(shè)置在固定平臺(tái)I上的第一、二對(duì)導(dǎo)軌21、22的軸線平行布置，因此第一、二運(yùn)動(dòng)滑塊31、32的運(yùn)動(dòng)方向相互平行。實(shí)施例3
本發(fā)明二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的總結(jié)構(gòu)如圖3所示，該機(jī)構(gòu)與實(shí)施例I機(jī)構(gòu)的區(qū)別在于并聯(lián)連接固定平臺(tái)I和動(dòng)平臺(tái)7的兩條運(yùn)動(dòng)支鏈都是復(fù)合支鏈，該兩條復(fù)合支鏈的結(jié)構(gòu)布置方式與實(shí)施例I的復(fù)合支鏈完全相同，其中由第三虎克鉸43、第三連桿53和第六虎克鉸63串聯(lián)連接的子支鏈相當(dāng)于實(shí)施例I中復(fù)合支鏈的第二子約束支鏈，由第四虎克鉸44、第四連桿54和第七虎克鉸64串聯(lián)連接的子支鏈相當(dāng)于實(shí)施例I中復(fù)合支鏈的第一子約束支鏈。實(shí)施例4
本發(fā)明二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的總結(jié)構(gòu)如圖4所示，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，唯一不同的是第一、二對(duì)導(dǎo)軌21、22的布置方式,第一、二對(duì)導(dǎo)軌21、22的軸線平行布置在固定平臺(tái)I上。
權(quán)利要求
1.一種被動(dòng)鉸為虎克鉸的ニ自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(7)、固定平臺(tái)(I)和第一、ニ對(duì)導(dǎo)軌(21、22)，以及并聯(lián)連接在固定平臺(tái)(I)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(7)之間的兩條運(yùn)動(dòng)支鏈；固定平臺(tái)(I)保持不動(dòng)，第一、ニ對(duì)導(dǎo)軌(21、22)設(shè)置在固定平臺(tái)(I)上，第一對(duì)導(dǎo)軌(21)上設(shè)置第一運(yùn)動(dòng)滑塊(31)，第二對(duì)導(dǎo)軌(22)上設(shè)置第二運(yùn)動(dòng)滑塊(32)，該兩條運(yùn)動(dòng)支鏈中第一條運(yùn)動(dòng)支鏈為復(fù)合支鏈，該第一條運(yùn)動(dòng)支鏈由兩個(gè)子約束支鏈分別與第一運(yùn)動(dòng)滑塊(31)串聯(lián)連接而成，該兩個(gè)子約束支鏈并聯(lián)連接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(7)和第一運(yùn)動(dòng)滑塊(31)之間，其中一個(gè)子約束支鏈在第一對(duì)導(dǎo)軌(21)軸線ー側(cè)設(shè)置，另ー個(gè)子約束支鏈設(shè)置在第一對(duì)導(dǎo)軌(21)軸線的另ー側(cè)；第二條運(yùn)動(dòng)支鏈為單支鏈或復(fù)合支鏈，第二條運(yùn)動(dòng)支鏈的單支鏈由ー個(gè)子約束支鏈和第二運(yùn)動(dòng)滑塊(32)串聯(lián)連接而成，該子約束支鏈連接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(7)和第二運(yùn)動(dòng)滑塊(3 2)之間，或者第二條運(yùn)動(dòng)支鏈的復(fù)合支鏈由兩個(gè)子約束支鏈分別與第二運(yùn)動(dòng)滑塊(32 )串聯(lián)連接而成，該兩個(gè)子約束支鏈并聯(lián)連接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(7 )和第二運(yùn)動(dòng)滑塊(32)之間，其中一個(gè)子約束支鏈在第二對(duì)導(dǎo)軌(22)軸線ー側(cè)設(shè)置，另ー個(gè)子約束支鏈設(shè)置在第二對(duì)導(dǎo)軌(22)軸線的另ー側(cè)；所述的每個(gè)子約束支鏈分別由虎克鉸、連桿、虎克鉸串聯(lián)組成，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(7)、運(yùn)動(dòng)滑塊與子約束支鏈中的虎克鉸連接，子約束支鏈中與連桿兩端相連的虎克鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的被動(dòng)鉸為虎克鉸的ニ自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于復(fù)合支鏈中連桿的長度相等，與運(yùn)動(dòng)滑塊相連的兩個(gè)虎克鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相交于一點(diǎn)，與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(7)相連的兩個(gè)虎克鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線也相交于一點(diǎn)；復(fù)合支鏈中與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(7)相連的兩虎克鉸的中心點(diǎn)之間的距離小于與運(yùn)動(dòng)滑塊相連的兩虎克鉸的中心點(diǎn)之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的被動(dòng)鉸為虎克鉸的ニ自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于設(shè)置在固定平臺(tái)(I)上的第一、ニ對(duì)導(dǎo)軌(21、22)的軸線重合或平行布置，通過驅(qū)動(dòng)第一、ニ運(yùn)動(dòng)滑塊(31、32 )可使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(7 )實(shí)現(xiàn)ニ自由度平移運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種被動(dòng)鉸為虎克鉸的二自由度平移運(yùn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)和兩對(duì)導(dǎo)軌，以及并聯(lián)連接在固定平臺(tái)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間的兩條運(yùn)動(dòng)支鏈組成；每條運(yùn)動(dòng)支鏈由一條或兩條子約束支鏈與運(yùn)動(dòng)滑塊串聯(lián)連接而成，而運(yùn)動(dòng)滑塊直接與導(dǎo)軌相連，每個(gè)子約束支鏈分別由虎克鉸、連桿和虎克鉸串接而成且并聯(lián)連接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)滑塊之間。本發(fā)明的二自由度平移運(yùn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，無過約束結(jié)構(gòu)；同時(shí)被動(dòng)鉸為虎克鉸，改善了連桿的受力狀態(tài)，提高了該機(jī)構(gòu)的側(cè)向剛度。
文檔編號(hào)B25J9/00GK102848376SQ201210355720
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者彭斌彬, 李增明, 孫宇, 武凱, 王栓虎, 丁武學(xué) 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)