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一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu)的制作方法

文檔序號:2312295閱讀:220來源:國知局
專利名稱:一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),屬于機器人和機械制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)
并聯(lián)機構(gòu)自出現(xiàn)以來,廣泛應(yīng)用于飛行器重載模擬設(shè)備、機器人、數(shù)控機床、傳感器及微操作等領(lǐng)域。在并聯(lián)機構(gòu)的應(yīng)用中,少自由度并聯(lián)機構(gòu)應(yīng)用最廣,尤其在機器人關(guān)節(jié)、空間指向及對接、負(fù)載模擬仿真、醫(yī)療微創(chuàng)手術(shù)以及人機交互等領(lǐng)域具有相當(dāng)高的應(yīng)用價值。如,Cl6ment Gosselin發(fā)明了球面五桿二自由度并聯(lián)式指向裝置(US5966991),可以用作機床的球面刀頭;Farshid Najafi發(fā)明了具有虛擬轉(zhuǎn)心特性的二自由度并聯(lián)機構(gòu)(US7204168),可以用作腹腔外科手術(shù)仿真環(huán)境的力反饋等。
在一類特殊的應(yīng)用場合,如醫(yī)療微創(chuàng)手術(shù)需要操作機構(gòu)能夠皮膚表面一個微小的傷口進行二維轉(zhuǎn)動作業(yè),娛樂噴泉需要轉(zhuǎn)動機構(gòu)中間不許有桿件等以便能夠安裝噴水管,并聯(lián)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動中心需要留出位置安裝傳感器等,這些應(yīng)用場合都需要機構(gòu)具備一個虛擬的固定轉(zhuǎn)動中心。而就目前而言,具備這種性能的機構(gòu)不多;現(xiàn)存的機構(gòu)設(shè)計方法復(fù)雜,承載能力弱。專利CN102225545A “一種具有虛擬運動中心的兩維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)”的發(fā)明具有兩個支鏈,專利CN102079090A “兩自由度空間轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)”的發(fā)明具有三個相同支鏈,而如國內(nèi)專利CN1803410A “二自由度解耦球面并聯(lián)機構(gòu)”、CN1868689A “用于并聯(lián)運動裝備的二自由度空間并聯(lián)機構(gòu)”、CN1785606A “二自由度全面空間運動并聯(lián)機構(gòu)”、CN101486185A “一種二自由度轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)”等雖然都能實現(xiàn)二自由度轉(zhuǎn)動,但其轉(zhuǎn)動中心均存在桿件或者運動副,不能安裝附件??傊?,目前國內(nèi)外雖然在二自由度并聯(lián)轉(zhuǎn)動該機構(gòu)研究工作中取得了一些成果,但還存有如下不足1)目前的二自由度并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)比較難實現(xiàn)虛擬轉(zhuǎn)動中心;2)具備虛擬轉(zhuǎn)動中心的二自由度并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)比較少;3)現(xiàn)有的二自由度虛擬轉(zhuǎn)動中心并聯(lián)機構(gòu)設(shè)計方法比較復(fù)雜,不易推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),該類機構(gòu)由主要運動模塊和輔運動模塊構(gòu)成。每種該類并聯(lián)機構(gòu)均包含有三個運動支鏈,可以實現(xiàn)運動平臺繞固定基座上固定點的二自由度轉(zhuǎn)動,可在轉(zhuǎn)動中心方便安裝傳感器等附件,使本發(fā)明的并聯(lián)機構(gòu)具有較大的運動空間、較強的承載能力,可以廣泛應(yīng)用于機器人手腕、空間指向及對準(zhǔn)、微操作、醫(yī)療手術(shù)裝置等領(lǐng)域。本發(fā)明一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括固定基座、運動平臺以及運動支鏈;固定基座與運動平臺相互平行設(shè)置,并通過3條運動支鏈相連。所述運動支鏈分為主運動支鏈與輔運動支鏈兩類,其中,主運動支鏈具有第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈三種結(jié)構(gòu),輔運動支鏈具有第一輔運動支鏈、第二輔運動支鏈兩種結(jié)構(gòu)。上述第一主運動支鏈包括第一機架、第一連桿A、第一連桿B、第一連桿C、第一連桿D和球面副S ;其中,第一連桿A與第一機架周向轉(zhuǎn)動連接;第一連桿A兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第一連桿B與第一連桿D ;第一連桿C分別與第一連桿B和第一連桿D通過轉(zhuǎn)動副相連,末端為球面副S。第二主運動支鏈包括第二機架、第二連桿A、第二連桿B、第二連桿C、第二連桿D和轉(zhuǎn)動副R ;第二連桿A與第二機架周向轉(zhuǎn)動連接;第二連桿A兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第二連桿B與第二連桿D ;第二連桿C分別與第二連桿B和第二連桿D通過轉(zhuǎn)動副相連,末端為轉(zhuǎn)動副R。第三主運動支鏈包括第三機架、第三連桿A、第三連桿B、第三連桿C、第三連桿D、第三連桿E、第三連桿F和虎克鉸U ;其中,第三連桿A與第三機架周向轉(zhuǎn)動連接;第三連桿A兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第三連桿B和第三連桿D ;第三連桿C分別與第三連桿B、第三連桿D和第三連桿F通過轉(zhuǎn)動副相連接,第三連桿F末端為虎克鉸U ;第三連桿E兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第三連桿D和第三連桿F。第一輔運動支鏈包括有第四機架、第四連桿A、第四連桿B、第四連桿C和轉(zhuǎn)動副X ;其中,第四連桿A與第四機架周向轉(zhuǎn)動連接;第四連桿B兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第四連桿A和第四連桿C ;第四連桿C末端為轉(zhuǎn)動副X。第二輔運動支鏈包括第五機架、第五連桿A、第五連桿B、第五連桿C、第五連桿D、第五連桿E和虎克鉸V ;第五連桿A與第五機架周向轉(zhuǎn)動連接;;第五連桿B兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第五連桿A和第五連桿C ;第五連桿D兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第五連桿B和第五連桿E ;第五連桿E分別與第五連桿C和第五連桿D通過轉(zhuǎn)動副相連接,第五連桿E末端為虎克鉸V?!?br> 上述第一主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第一機架與固定基座固連,球面副S與運動平臺間以球面副形式連接;第二主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第二運動機架與固定基座固連,轉(zhuǎn)動副R與運動平臺間以轉(zhuǎn)動副形式連接;第三主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第三機架與固定基座固連,第三支鏈中的虎克鉸U與運動平臺間以虎克鉸形式連接;第一輔運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第四機架與固定基座固連,第一輔運動支鏈中的轉(zhuǎn)動副X與運動平臺以轉(zhuǎn)動副形式連接;第二輔運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為機架與固定基座固連,第二輔運動支鏈中虎克鉸V與運動平臺間以虎克鉸形式連接。在上述第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈、第一輔運動支鏈與第二輔運動支鏈中選取三條支鏈與固定基座、運動平臺相連,且需保證a、至少包含第一主運動支鏈、第二主運動支鏈或第三主運動支鏈中的一條運動支鏈;b、不能同時包含一個第二主運動支鏈和一個第一輔運動支鏈,當(dāng)且僅當(dāng)該兩個第一輔運動支鏈間夾角為180度;C、不能同時包含兩個第一輔運動支鏈,當(dāng)且僅當(dāng)兩個第一輔運動支鏈間夾角為180 度;d、不能同時包含兩個第一主運動支鏈和一個第一輔運動支鏈。本發(fā)明的優(yōu)點在于(I)本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)采用三支鏈點對稱布置,采用主要運動模塊和輔運動模塊組合構(gòu)成,其機構(gòu)剛度大,承載能力強;(2)本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)能實現(xiàn)繞虛擬轉(zhuǎn)心的二自由度轉(zhuǎn)動;( 3 )本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)可在固定基座上方形成一個虛擬空間,可用于容納傳感器等 附件;(4)本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)中固定基座和運動平臺上均設(shè)有孔,可用于安裝傳感器等附件;( 5 )本發(fā)明中并聯(lián)機構(gòu)在應(yīng)用時,驅(qū)動電機可完全安置在固定基座上,減輕運動平臺的負(fù)載;(6)本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)可按照需求進行模塊化組合,結(jié)構(gòu)種類多;(7)本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)可以依據(jù)需要更換運動模塊,而功能不變。


圖I為本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)中第一主運動支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)中第二主運動支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖;圖4為本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)中第三主運動支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖;圖5為本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)中第一輔運動支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖;圖6為本發(fā)明并聯(lián)機構(gòu)中第二輔運動支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖;圖7為本發(fā)明第一種并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖;圖8為本發(fā)明第二種并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖;圖9為本發(fā)明第三種并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖;圖10為本發(fā)明第四種并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖;圖11為本發(fā)明第五種并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖;圖12為本發(fā)明第六種并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖;圖13為本發(fā)明第七種并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖;圖14為本發(fā)明第八種并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖;圖15為本發(fā)明第九種并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖;圖16為本發(fā)明第十種并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I-固定基座I2_運動平臺23_運動支鏈4_中間孔30卜主運動支鏈 302-輔運動支鏈 301卜第一主運動支鏈3012-第二主運動支鏈3013-第三主運動支鏈302卜第一輔運動支鏈3022-第二輔運動支鏈3011a-第一機架 3011b-第一連桿 A 3011c-第一連桿 B 3011d_ 第一連桿 C301 Ie-第一連桿 D3012a-第二機架 3012b-第二連桿 A 3012c-第二連桿 B 3012d_ 第二連桿 C
3012e-第二連桿 D3013a-第三機架3013b_第三連桿A 3013c_第三連桿B 3013d-第三連桿C3013e_第三連桿D3013f-第三連桿E 3013g-第三連桿F3021a-第四機架3021b-第四連桿A 3021c_第四連桿B 3021d_第四連桿C3022a-第五機架3022b_第五連桿A 3022c-第五連桿B 3022d_第五連桿C3022e_第五連桿D3022f-第五連桿E
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。 本發(fā)明一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),如圖I所示,包括固定基座I、運動平臺2、以及運動支鏈3 ;固定基座I與運動平臺2相互平行設(shè)置,并通過三條運動支鏈3相連,固定基座I用作連接各運動支鏈3的機架,運動平臺2用作連接各運動支鏈3的末端。所述運動支鏈3分為主運動支鏈301與輔運動支鏈302兩類,其中,主運動支鏈301具有第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈3013三種結(jié)構(gòu),輔運動支鏈具有第一輔運動支鏈3021、第二輔運動支鏈3022兩種結(jié)構(gòu)。上述三種結(jié)構(gòu)的主運動直連與兩種結(jié)構(gòu)的輔運動支鏈均為平面連桿機構(gòu)。下面分別對主運動支鏈的三種結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)說明第一主運動支鏈3011包括第一機架3011a、第一連桿A3011b、第一連桿B3011c、第一連桿C3011d、第一連桿D3011e和球面副S,如圖2所示;其中,第一連桿A3011b水平設(shè)置與第一機架3011a周向轉(zhuǎn)動連接;第一連桿A3011b兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第一連桿B3011c與第一連桿D3011e ;第一連桿C3011d分別與第一連桿B3011c和第一連桿D3011e通過轉(zhuǎn)動副相連,末端為球面副S。上述結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)動過程中始終保持第一連桿A3011b與第一連桿C3011d、第一連桿B3011c與第一連桿D3011e平行,由此構(gòu)成的第一主運動支鏈3011中的球面副S可繞固定點O實現(xiàn)二自由度轉(zhuǎn)動。第二主運動支鏈3012包括第二機架3012a、第二連桿A3012b、第二連桿B3012c、第二連桿C3012d、第二連桿D3012e和轉(zhuǎn)動副R,如圖3所示;第二連桿A3012b水平設(shè)置,與第二機架3012a周向轉(zhuǎn)動連接;第二連桿A3012b兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第二連桿B3012c與第二連桿D3012e ;第二連桿C3012d分別與第二連桿B3012c和第二連桿D3012e通過轉(zhuǎn)動副相連,末端為轉(zhuǎn)動副R。上述結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)動過程中始終保持第二連桿A3012b與第二連桿C3012d、第二連桿B3012c與第二連桿D3012e平行。由此構(gòu)成的第二主運動支鏈3012中的轉(zhuǎn)動副可繞固定點B實現(xiàn)二自由度轉(zhuǎn)動。第三主運動支鏈3013包括第三機架3013a、第三連桿A3013b、第三連桿B3013c、第三連桿C3013d、第三連桿D3013e、第三連桿E3013f、第三連桿F3013g和虎克鉸U,如圖4所示;其中,第三連桿A3013b水平設(shè)置,與第三機架3013a周向轉(zhuǎn)動連接;第三連桿A3013b兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第三連桿B3013c和第三連桿D3013e ;第三連桿C3013d分別與第三連桿B3013c、第三連桿D3013e和第三連桿F3013g通過轉(zhuǎn)動副相連接,第三連桿F3013g末端為虎克鉸U ;第三連桿E3013f兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第三連桿D3013e和第三連桿F3013g。上述結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)動過程中始終保持第三連桿A3013b、第三連桿E3013f與第三連桿C3013d平行、第三連桿B3013c、第三連桿D3013e與第三連桿F3013g平行,由此構(gòu)成的第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U可繞固定點O實現(xiàn)二自由度轉(zhuǎn)動。第一輔運動支鏈3021包括有第四機架302 la、第四連桿A302 Ib、第四連桿B3021 c、第四連桿C3021d和轉(zhuǎn)動副X,如圖5所示;其中,第四連桿A3021b水平設(shè)置,與第四機架3021a周向轉(zhuǎn)動連接;第四連桿B3021c兩端均為轉(zhuǎn)動副X,分別連接第四連桿A3021b和第四連桿C3021d ;第四連桿C3021d末端為轉(zhuǎn)動副X。第二輔運動支鏈3022包括第五機架3022a、第五連桿A3022b、第五連桿B3022c、第五連桿C3022d、第五連桿D3022e、第五連桿E3022f和虎克鉸V ;第五連桿A3022b水平設(shè)置,與第五機架3022a周向轉(zhuǎn)動連接;第五連桿B3022C兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第五連桿A3022b和第五連桿C3022d ;第五連桿D3022e兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第五連桿B3022c和第五連桿E3022f ;第五連桿E3022f與第五連桿C3022d通過轉(zhuǎn)動副相連接,第五連桿E3022f末端為虎克鉸V。上述結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)動過程中始終保持第五連桿A3022b、第五連桿E3022f與第五連桿C3022d間,以及第五連桿B3022c、第五連桿D3022e間平行。將上述第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈3013、第一·輔運動支鏈3021與第二輔運動支鏈3022中的三個支鏈與固定基座I、運動平臺2固連,便可形成本發(fā)明一類模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu);在以上五種支鏈的選取時需保證以下幾點a、至少包含第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012或第三主運動支鏈3013中的一條運動支鏈;b、不能同時包含一個第二主運動支鏈3012和一個第一輔運動支鏈3021 ;C、不能同時包含兩個第一輔運動支鏈3021 ;d、不能同時包含兩個第一主運動支鏈3011和一個第一輔運動支鏈3021。由此本發(fā)明在實施中具有以下10種結(jié)構(gòu),分別對10種結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)說明實施結(jié)構(gòu)I :—種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括固定基座I、運動平臺2、兩個第一主運動支鏈3011與一個第二主運動支鏈3012,如圖7所示;其中,兩個第一主運動支鏈3011中的第一機架3011a以及第二主運動支鏈3012中的第二機架3012a均與固定基座I固定連接;兩個第一主運動支鏈3011中的球面副S與運動平臺2以球面副3011f形式連接;第二主運動支鏈3012中的轉(zhuǎn)動副R與運動平臺2以轉(zhuǎn)動副形式連接。連接后,使兩個第一主運動支鏈3011中的第一連桿A301 Ib軸線與第二主運動支鏈3012中第二連桿A3012b軸線交于點0,且使兩個第一主運動支鏈3011與一個第二主運動支鏈3012以點O為軸心呈120°周向?qū)ΨQ布置。通過上述結(jié)構(gòu)運動平臺2可繞點O實現(xiàn)二自由度轉(zhuǎn)動。實施結(jié)構(gòu)2 —種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括固定基座I、運動平臺2、第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012與第二輔運動支鏈3022,如圖8所示;其中,第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012、第二輔運動支鏈3022中的第一機架3011a、第二機架3012a、第五機架3022a均與固定基座I固定連接;第一主運動支鏈3011中的球面副S與運動平臺2按球面副形式連接;第二主運動支鏈3012中的轉(zhuǎn)動副R與運動平臺2以轉(zhuǎn)動副形式連接;第二輔運動支鏈3022中的虎克鉸V與運動平臺2以虎克鉸形式連接。連接后,使第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012與第二輔運動支鏈3022中的第一連桿A3011b、第二連桿A3012b、第四連桿A3021b的軸線交于點O ;且第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012與第二輔運動支鏈3022以點O為軸心呈120°周向?qū)ΨQ布置。通過上述結(jié)構(gòu)運動平臺2可繞點O頭現(xiàn)_.自由度轉(zhuǎn)動。實施結(jié)構(gòu)3 —種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括固定基座I、運動平臺2、第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012與第三主運動支鏈3013,如圖9所示;第一主運動支鏈
3011、第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈3013中的第一機架3011a、第二機架3012a、第三機架3013a均與固定基座I固定連接;第一主運動支鏈3011中的球面副S與運動平臺2按球面副形式連接;第二主運動支鏈3012中的轉(zhuǎn)動副R與運動平臺2以轉(zhuǎn)動副形式連接;第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2以虎克鉸形式連接。連接后,使第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012與第三主運動支鏈3013中的第一連桿A3011b、第二連桿A3012b、第三連桿A3013b的軸線交于點O ;且使第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈 3012與第三主運動支鏈3013以點O為軸心呈120°周向?qū)ΨQ布置。通過上述結(jié)構(gòu)運動平臺2可繞點O頭現(xiàn)_.自由度轉(zhuǎn)動。實施結(jié)構(gòu)4 一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括固定基座I、運動平臺2、兩個第二輔助運動支鏈3022與一個第二主運動支鏈3012,如圖10所示;兩個第二輔助運動支鏈3022中的第五機架3022a以及第二主運動支鏈3012中的第二支架3012a均與固定基座I固定連接;兩個第二輔助運動支鏈3022中的虎克鉸V與運動平臺2以虎克鉸形式連接;第二主運動支鏈3012中的轉(zhuǎn)動副R與運動平臺2以轉(zhuǎn)動副形式連接。連接后,使兩個第二輔助運動支鏈3022中第五連桿A3022b的軸線與第二主運動支鏈3012中第二連桿A3012b的軸線交于點O ;且使兩個第二輔助運動支鏈3022與一個第二主運動支鏈3012以點O為軸心呈120°周向?qū)ΨQ布置。通過上述結(jié)構(gòu)運動平臺2可繞點O實現(xiàn)二自由度轉(zhuǎn)動。實施結(jié)構(gòu)5 一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括固定基座I、運動平臺2、第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈3013、第二輔運動支鏈3022,如圖11所示。第二主運動支鏈
3012、第三主運動支鏈3013、第二輔運動支鏈3022中的第二機架3012a、第三機架3013a、第五機架3022a均與固定基座I固定連接;第二主運動支鏈3012中的轉(zhuǎn)動副R與運動平臺2以轉(zhuǎn)動副形式連接;第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2以虎克鉸形式連接;第二輔運動支鏈3022中的虎克鉸V與運動平臺2以虎克鉸形式連接。連接后,使第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈3013、第二輔運動支鏈3022中的第二連桿A3012b、第三連桿A3013b、第五連桿A3022b的軸線交于點O ;且使第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈
3013、第二輔運動支鏈3022以點O為軸心呈120°周向?qū)ΨQ布置。通過上述結(jié)構(gòu)運動平臺2可繞點O頭現(xiàn)_.自由度轉(zhuǎn)動。實施結(jié)構(gòu)6 一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括固定基座I、運動平臺2兩個第三主運動支鏈3013與一個第二主運動支鏈3012,如圖12所示;兩個第三主運動支鏈3013中的第三機架3013a以及第二主運動支鏈3012中的第二機架3012a均與固定基座I固定連接;兩個第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2以虎克鉸形式連接;第二主運動支鏈3012中的轉(zhuǎn)動副R與運動平臺2以轉(zhuǎn)動副形式連接。連接后,使兩個第三主運動支鏈3013中第三連桿A3013b的軸線與第二主運動支鏈3012中第二連桿A3012b的軸線交于點O ;且使兩個第三主運動支鏈3013與一個第二主運動支鏈3012以點O為軸心呈120°周向?qū)ΨQ布置。通過上述結(jié)構(gòu)運動平臺2可繞點O實現(xiàn)二自由度轉(zhuǎn)動。實施結(jié)構(gòu)7 一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括固定基座I、運動平臺2、第一主運動支鏈3011、第一輔運動支鏈3021與第二輔運動支鏈3022,如圖13所示;第一主運動支鏈3011、第一輔運動支鏈3021、第二輔運動支鏈3022中的第一機架301 la、第四機架3021a、第五機架3022a均與固定基座I固定連接;第一主運動支鏈3011中的球面副S與運動平臺2按球面副形式連接;第一輔運動支鏈3021中的轉(zhuǎn)動副X與運動平臺2以轉(zhuǎn)動副形式連接;第二輔運動支鏈3022中的虎克鉸V副與運動平臺2按虎克鉸形式連接。連接后,使第一主運動支鏈3011、第一輔運動支鏈3021、第二輔運動支鏈3022中的第一連桿A301 lb、第四連桿A3021b、第五連桿A3022b的軸線交于點O ;第一主運動支鏈3011、第一輔運動支鏈3021、 第二輔運動支鏈3022以點O為軸心呈120°周向?qū)ΨQ布置。通過上述結(jié)構(gòu)運動平臺2可繞點O頭現(xiàn)_.自由度轉(zhuǎn)動。實施結(jié)構(gòu)8 一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括固定基座I、運動平臺2、第一主運動支鏈3011、第三主運動支鏈3013與第一輔運動支鏈3021,如圖14所示;第一主運動支鏈3011、第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021中的第一機架3011a、第三機架3013a、第四機架3021a均與固定基座I固定連接;第一主運動支鏈3011中的球面副S與運動平臺2按球面副形式連接;第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2按虎克鉸形式連接;第一輔運動支鏈3021中的轉(zhuǎn)動副X與運動平臺2按轉(zhuǎn)動副形式連接。連接后,使第一主運動支鏈3011、第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021中的第一連桿A3011b、第三連桿A3013b、第四連桿A3021b的軸線交于點O ;且使第一主運動支鏈3011、第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021以點O為軸心呈120°周向?qū)ΨQ布置。通過上述結(jié)構(gòu)運動平臺2可繞點O頭現(xiàn)_.自由度轉(zhuǎn)動。實施結(jié)構(gòu)9 一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括固定基座I、運動平臺2、第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021與第二輔運動支鏈3022,如圖15所示;第三主運動支鏈
3013、第一輔運動支鏈3021、第二輔運動支鏈3022中的第三機架3013a、第四機架3021a、第五機架3022a均與固定基座I固定連接;第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2按虎克鉸形式連接;第一輔運動支鏈3021中的轉(zhuǎn)動副X與運動平臺2按轉(zhuǎn)動副形式連接;第二輔運動支鏈3022中的虎克鉸V與運動平臺2按虎克鉸形式連接。連接后,使第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021與第二輔運動支鏈3022中的第三連桿A3013b、第四連桿A3021b、第五連桿A3022b的軸線交于點O ;且使第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021、第二輔運動支鏈3022以點O為軸心呈120°周向?qū)ΨQ布置。通過上述結(jié)構(gòu)運動平臺2可繞點O頭現(xiàn)_.自由度轉(zhuǎn)動。實施結(jié)構(gòu)10 一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括固定基座I、運動平臺2、兩個第三主運動支鏈3013與一個第一輔運動支鏈3021,如圖16所示;兩個第三主運動支鏈3013中的第三機架3013a以及第一輔運動支鏈3021中的第四機架3021a均與固定基座I固定連接;兩個第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2按虎克鉸形式連接;第一輔運動支鏈3021中的轉(zhuǎn)動副X與運動平臺2按轉(zhuǎn)動副形式連接。連接后,使兩個第三主運動支鏈3013中第三連桿A3013b的軸線與第一輔運動支鏈3021中第四連桿A3021b的軸線交于點O ;且使兩個第三主運動支鏈3013與一個第一輔運動支鏈3021以點O為軸呈120°周向?qū)ΨQ布置。通過上述結(jié)構(gòu)運動平臺2可繞點O實現(xiàn)二自由度轉(zhuǎn)動。上述固定基座I和運動平臺2上均設(shè)有中間孔4,由此通過固定基座I上的中間孔4安裝傳感器等附件,也可以通過運動平臺2上的中間孔4安裝傳感器等附件;且在應(yīng)用時,驅(qū)動電機可以全部放置在固定基座I上以減輕負(fù)載重量。上述固定基座I與運動平臺2間的各運動支鏈間也可依據(jù)具體使用要求采用非對稱布置,但需要保證各運動支鏈中與機架相連連桿的軸線交與一點。本發(fā)明的一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),使運動平臺2可實現(xiàn)繞固定基座I上固定點O的二自由度轉(zhuǎn) 動,且在該轉(zhuǎn)心處不存在桿件干涉,可形成一定得空間來安裝傳感器等附件。
權(quán)利要求
1.一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),其特征在于包括固定基座、運動平臺以及運動支鏈;固定基座與運動平臺相互平行設(shè)置,并通過3條運動支鏈相連; 所述運動支鏈分為主運動支鏈與輔運動支鏈兩類,其中,主運動支鏈具有第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈三種結(jié)構(gòu),輔運動支鏈具有第一輔運動支鏈、第二輔運動支鏈兩種結(jié)構(gòu); 上述第一主運動支鏈包括第一機架、第一連桿A、第一連桿B、第一連桿C、第一連桿D和球面副S ;其中,第一連桿A與第一機架周向轉(zhuǎn)動連接;第一連桿A兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第一連桿B與第一連桿D ;第一連桿C分別與第一連桿B和第一連桿D通過轉(zhuǎn)動副相連,末端為球面副S ; 第二主運動支鏈包括第二機架、第二連桿A、第二連桿B、第二連桿C、第二連桿D和轉(zhuǎn)動副R ;第二連桿A與第二機架周向轉(zhuǎn)動連接;第二連桿A兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第二連桿B與第二連桿D ;第二連桿C分別與第二連桿B和第二連桿D通過轉(zhuǎn)動副相連,末端為轉(zhuǎn)動副R ; 第三主運動支鏈包括第三機架、第三連桿A、第三連桿B、第三連桿C、第三連桿D、第三連桿E、第三連桿F和虎克鉸U ;其中,第三連桿A與第三機架周向轉(zhuǎn)動連接;第三連桿A兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第三連桿B和第三連桿D ;第三連桿C分別與第三連桿B、第三連桿D和第三連桿F通過轉(zhuǎn)動副相連接,第三連桿F末端為虎克鉸U ;第三連桿E兩端均為轉(zhuǎn)動畐O,分別連接第三連桿D和第三連桿F ; 第一輔運動支鏈包括有第四機架、第四連桿A、第四連桿B、第四連桿C和轉(zhuǎn)動副X ;其中,第四連桿A與第四機架周向轉(zhuǎn)動連接;第四連桿B兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第四連桿A和第四連桿C ;第四連桿C末端為轉(zhuǎn)動副X ; 第二輔運動支鏈包括第五機架、第五連桿A、第五連桿B、第五連桿C、第五連桿D、第五連桿E和虎克鉸V ;第五連桿A與第五機架周向轉(zhuǎn)動連接;第五連桿B兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第五連桿A和第五連桿C ;第五連桿D兩端均為轉(zhuǎn)動副,分別連接第五連桿B和第五連桿E ;第五連桿E分別與第五連桿C和第五連桿D通過轉(zhuǎn)動副相連接,第五連桿E末端為虎克鉸V ; 上述第一主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第一機架與固定基座固連,球面副S與運動平臺間以球面副形式連接; 第二主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第二運動機架與固定基座固連,轉(zhuǎn)動副R與運動平臺間以轉(zhuǎn)動副形式連接; 第三主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第三機架與固定基座固連,第三支鏈中的虎克鉸U與運動平臺間以虎克鉸形式連接; 第一輔運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第四機架與固定基座固連,第一輔運動支鏈中的轉(zhuǎn)動副X與運動平臺以轉(zhuǎn)動副形式連接; 第二輔運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為機架與固定基座固連,第二輔運動支鏈中的虎克鉸V與運動平臺間以虎克鉸形式連接; 在上述第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈、第一輔運動支鏈與第二輔運動支鏈中選取三條支鏈與固定基座、運動平臺相連,且需保證 a、至少包含第一主運動支鏈、第二主運動支鏈或第三主運動支鏈中的一條運動支鏈;b、不能同時包含一個第二主運動支鏈和一個第一輔運動支鏈; C、不能同時包含兩個第一輔運動支鏈; d、不能同時包含兩個第一主運動支鏈和一個第一輔運動支鏈。
2.如權(quán)利要求I所述一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),其特征在于所述第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈、第一輔運動支鏈、第二輔運動支鏈中各連桿軸線共面。
3.如權(quán)利要求I所述一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),其特征在于所述第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈、第二輔運動支鏈中各轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動過程中始終保持第一主運動支鏈的第一連桿A與第一連桿C、第一連桿B與第一連桿D平行;第二主運動支鏈的第二連桿A與第二連桿C、第二連桿B與第二連桿D平行;第三主運動支鏈的第三連桿A、第三連桿E與第三連桿C平行、第三連桿B、第三連桿D與第三連桿F平行; 第二輔運動支鏈的第五連桿A、第五連桿E與第五連桿C間,以及第五連桿B、第五連桿D間平行。
4.如權(quán)利要求I所述一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),其特征在于所述與固定基座、運動平臺相連的三個運動支鏈中的機架軸線相交于點O。
5.如權(quán)利要求4所述一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),其特征在于所述與固定基座、運動平臺相連的三個運動支鏈以點O為軸心呈相互具有120°夾角。
6.如權(quán)利要求I所述一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),其特征在于所述固定基座、運動平臺上均開有中間孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模塊化二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu),包括有七種基本模塊第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈、第一輔運動支鏈、第二輔運動支鏈五種結(jié)構(gòu)運動支鏈以及固定基座與運動平臺;其中,固定基座與運動平臺間通過五種結(jié)構(gòu)運動支鏈中的三條運動支鏈相連,由此形成十種二自由度虛擬轉(zhuǎn)心并聯(lián)機構(gòu);每種并聯(lián)機構(gòu)各運動支鏈間相對位置可依據(jù)具體使用要求采用非對稱布置。本發(fā)明的優(yōu)點為結(jié)構(gòu)種類多,每種結(jié)構(gòu)均可實現(xiàn)繞虛擬轉(zhuǎn)心的二自由度轉(zhuǎn)動,且剛度大,承載能力強,傳感器等附件安裝方便。
文檔編號B25J9/00GK102922509SQ20121037046
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者吳鈧, 于靖軍, 宗光華 申請人:北京航空航天大學(xué)
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