專利名稱：一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種運動機構，尤其是一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構。
背景技術：
由于傳統(tǒng)的手工作業(yè)在完成諸如包裝、分揀、搬運等操作時，無論是精度、成本還是效率都很低，無法滿足越來越大的市場需求，所以尋找可以代替人力作業(yè)的機器人就應運而生，與傳統(tǒng)的手工作業(yè)相比，機器人作業(yè)具有高速度、高效率、高精度，不受環(huán)境影響且可持續(xù)工作等優(yōu)點，因此，機器人代替人工成為了歷史發(fā)展的必然選擇，成為提高工業(yè)自動化程度和產(chǎn)品質量的必要途徑，對于我國提高整體競爭力，特別 是相對落后的工業(yè)領域具有劃時代的意義，同時這也是我國實施科技興國戰(zhàn)略的重要目標。與串聯(lián)機器人相比，并聯(lián)機器人采用閉環(huán)結構且驅動裝置直接設置在機座上，所以具有剛度高、承載能力強、誤差累積小、精度高及自身負荷比小等特點，特別適合工作空間范圍小、精度高、工作速度高的場合，例如以下場合( I)在一個平面內(nèi)完成高速往復運動；(2)在與工作平面正交的方向做長(短)距步進或緩進運動。由于多自由度的并聯(lián)機器人存在運算復雜的難題，而少自由度并聯(lián)機器人中二自由度并聯(lián)機器人恰恰適合完成上述的運動，這給其應用和研究提供了巨大的空間。在2001年Brogardh (布羅加爾)提出了一個2自由度移動并聯(lián)機構，在移動副驅動和末端平臺之間用一個平行四連桿相連，若用轉動代替移動驅動，還能得到一個等效機構。在2008年的法國蒙彼利埃的一次關于并聯(lián)機構未來研究方向的會議上，CEDRICBARADAT (塞德里克·巴拉達特)又提出一個新型二自由度并聯(lián)機器人。對現(xiàn)有專利檢索發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)也對二自由度移動并聯(lián)機構進行了不少研究。例如CN1355087A提出一種僅含轉動副的二自由度并聯(lián)機器人機構，動平臺通過兩個分支與機架連接，兩分鏈通過兩個平行四邊形機構實現(xiàn)動平臺的平動，運動副全部為轉動鉸，結構簡單可靠，制造成本低，具有高速、低成本、重量輕等優(yōu)點；CN101224578A提出一種二自由度平移運動并聯(lián)機構，采用虎克鉸的運動實現(xiàn)空間約束，連桿不再受彎矩作用，改善了機構的受力狀況，提高了機構的剛度；CN2741730Y提出了一種二自由度移動平面并聯(lián)機構，具有高精度、結構簡單、制造成本低、重量輕等優(yōu)點；CN101804629A提出了一種交叉型二自由度移動并聯(lián)機構，采用交叉型的連桿布置，具有更小的橫向尺寸，且具有結構簡單可靠，剛度高，制造成本低，易于控制等優(yōu)點。對于上述并聯(lián)機構來說，橫向位移距離小是其最大的一個缺點，為滿足更大的橫向位移距離，必然使機構整體尺寸增加，這使制造成本及占地面積也大大增加。如何在同等尺寸條件下提高機構的橫向位移距離，是發(fā)明設計的一個關鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服上述背景技術存在的不足，提供一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構，使得導軌的尺寸較小，在同等尺寸條件下具有較大的橫向位移距離，而且結構簡單可靠。本發(fā)明采用的技術方案是一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構，由動平臺、定平臺以及連接動平臺與定平臺的支鏈構成，支鏈的一端與動平臺鉸接，另一端與定平臺上的滑動副鉸接，各鉸接點的鉸接軸線全部平行布置，滑動副的運動方向也相互平行，鉸接軸線與滑動副的運動方向相互垂直，其特征在于，所述支鏈包括三個平行四邊形機構，其中，定平臺下側的滑動副、第一連桿、第二連桿和第三連桿構成第一平行四邊形機構，該第一平行四邊形機構中所述滑動副與第二連桿平行；同時，所述第二連桿與布置在其右側的第四連桿、所述動平臺以及第五連桿構成第二平行四邊形機構，該第二平行四邊形機構中所述動平臺與第二連桿平行，從而保證動平臺與定平臺始終平行；所述第一連桿、第四連桿與第六連桿、第七連桿構成第三平行四邊形機構，該第三平行四邊形機構中第一連桿與第六連桿平行，第四連桿與第七連桿平行，第七連桿的端部與定平臺上側的滑動副鉸接。所述第三平行四邊形機構位于第一平行四邊形機構的上側；其中，第七連桿的一端與第一連桿的中點鉸接，第七連桿另一端同時與定平臺上側的滑動副以及第六連桿的一 端鉸接，第六連桿的另一端與第四連桿的一端鉸接，第四連桿的另一端與動平臺的上端鉸接，第四連桿的中點鉸接著第一連桿的一端以及第二連桿的上端，第一連桿的另一端鉸接在定平臺下側的滑動副上；所述第一、第三、第四連桿等長，第五、第六、第七、第八連桿等長且長度為所述第一、第三、第四連桿的二分之一；第二連桿以及動平臺的長度，與定平臺下側的滑動副上第一連桿和第三連桿的兩鉸接點之間的距離等長。所述第三平行四邊形機構位于第一平行四邊形機構的上側；其中，第七連桿的一端與第一連桿的中點鉸接，第七連桿另一端同時與定平臺上側的滑動副以及第六連桿的一端鉸接，第六連桿的另一端與第四連桿的一端鉸接，第四連桿的另一端與動平臺的上端鉸接，第四連桿的三分之一長度位置鉸接著第一連桿的一端以及第二連桿的上端，第一連桿的另一端鉸接在定平臺下側的滑動副上；所述第七連桿的長度等于第四連桿的三分之一，第二連桿以及動平臺的長度，與定平臺下側的滑動副上第一連桿和第三連桿的兩鉸接點之間的距離等長。所述第三平行四邊形機構位于第一、第二平行四邊形機構的下側；其中第七連桿的一端鉸接在定平臺上側的滑動副上，第七連桿的中點與第一連桿的中點鉸接，第七連桿的另一端位于第一連桿下方并與第六連桿的一端鉸接，第六連桿的另一端與第四連桿的一端以及動平臺的上端鉸接，第四連桿的另一端與第一連桿的一端以及第二連桿的上端鉸接，第一連桿的另一端鉸接在定平臺下側的滑動副上；所述第一、第三、第七連桿等長，第四、第五、第六連桿等長且長度為所述第一、第三、第七連桿長度的二分之一，第二連桿以及動平臺的長度，與定平臺下側的滑動副上第一連桿和第三連桿的兩鉸接點之間的距離等長。所述第一平行四邊形機構還設有第八連桿，所述第八連桿設置在第四連桿和第七連桿的中間位置且與第四連桿以及第七連桿平行，第八連桿的兩端分別鉸接在第六連桿和第一連桿上，形成一個虛約束。所述定平臺下側的滑動副始終位于定平臺上側的滑動副的下方，所述滑動副包括機架上的導軌以及可在導軌上往復滑動的滑塊，各連桿的端部通過與滑塊的鉸接實現(xiàn)與所述滑動副的鉸接。所述的各鉸接點均采用鉸接軸與鉸接孔配合的鉸接結構。所述搬運機構還配置有一夾具，該夾具位于動平臺下方，夾具的對稱中心線與動平臺的軸線平行。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在采用三個平行四邊形機構，使得導軌的尺寸較小，在同等尺寸條件下增大了橫向位移距離，而且結構簡單可靠，剛度較高，能夠滿足生產(chǎn)需求，可作為工業(yè)機器人使用。


圖I是本發(fā)明實施例一的主視結構示意圖。
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圖2是圖I的機械原理示意圖。圖3是本發(fā)明實施例二的主視結構示意圖。圖4是圖3的機械原理示意圖。圖5是本發(fā)明實施例三的主視結構示意圖。圖6是圖5的機械原理示意圖。
具體實施例方式以下結合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構，由動平臺10、定平臺9以及連接動平臺與定平臺的支鏈構成，支鏈的一端與動平臺鉸接，另一端與定平臺上的滑動副鉸接，各鉸接點A的鉸接軸線全部平行布置，滑動副的運動方向也相互平行，鉸接軸線與滑動副的運動方向相互垂直(常規(guī)結構)。所述支鏈包括三個平行四邊形機構，其中，定平臺下側的滑動副、第一連桿I、第二連桿2和第三連桿3構成第一平行四邊形機構(鉸接形成，常規(guī)技術)，該第一平行四邊形機構中所述滑動副與第二連桿平行；同時，所述第二連桿2與布置在其右側的第四連桿4、所述動平臺10以及第五連桿5構成第二平行四邊形機構(鉸接形成，常規(guī)技術)，該第二平行四邊形機構中所述動平臺與第二連桿平行，從而保證動平臺與定平臺始終平行；所述第一連桿I、第四連桿4與第六連桿6、第七連桿7構成第三平行四邊形機構(鉸接形成，常規(guī)技術)，該第三平行四邊形機構中第一連桿與第六連桿平行，第四連桿與第七連桿平行，第七連桿的端部與定平臺上側的滑動副鉸接。所述定平臺下側的滑動副始終位于定平臺上側的滑動副的下方，所述滑動副包括機架上的導軌以及可在導軌上往復滑動的滑塊(為使圖面整潔，圖中導軌省略不畫)，各連桿的端部通過與滑塊的鉸接實現(xiàn)與所述滑動副的鉸接。其中，定平臺下側的滑動副中為滑塊一 11，定平臺上側的滑動副中為滑塊二 12，滑塊11與滑塊12可以位于兩個不同導軌上(導軌平行布置)。所述的各鉸接點A均采用鉸接軸與鉸接孔配合的鉸接結構。所述機構還配置有一夾具13，該夾具位于動平臺下方，夾具的對稱中心線與動平臺的軸線平行。上述具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構具有三種實施方式。
實施例1，所述第三平行四邊形機構位于第一平行四邊形機構的上側；其中，第七連桿的一端與第一連桿的中點鉸接，第七連桿另一端同時與定平臺上側的滑塊二以及第六連桿的一端鉸接，第六連桿的另一端與第四連桿的一端鉸接，第四連桿的另一端與動平臺的上端鉸接，第四連桿的中點鉸接著第一連桿的一端以及第二連桿的上端，第一連桿的另一端鉸接在定平臺下側的滑塊一上；所述第一、第三、第四連桿等長，第五、第六、第七、第八連桿等長且長度為所述第一、第三、第四連桿的二分之一；第二連桿以及動平臺的長度，與定平臺下側的滑塊一上第一連桿和第三連桿的兩鉸接點之間的距離等長。所述第一平行四邊形機構還設有第八連桿8，所述第八連桿設置在第四連桿和第七連桿的中間位置且與第四連桿以及第七連桿平行，第八連桿的兩端分別鉸接在第六連桿和第一連桿上，形成一個虛約束。當電機驅動滑塊一與滑塊二時，三個平行四邊形機構動作，使得動平臺帶動下方夾具作二維移動的二自由度運動。實施例2，所述第三平行四邊形機構位于第一平行四邊形機構的上側；其中，第七連桿的一端與第一連桿的中點鉸接，第七連桿另一端同時與定平臺上側的滑動二以及第六·連桿的一端鉸接，第六連桿的另一端與第四連桿的一端鉸接，第四連桿的另一端與動平臺的上端鉸接，第四連桿的三分之一長度位置鉸接著第一連桿的一端以及第二連桿的上端，第一連桿的另一端鉸接在定平臺下側的滑塊一上。所述第七連桿的長度等于第四連桿的三分之一，第二連桿以及動平臺的長度，與定平臺下側的滑塊一上第一連桿和第三連桿的兩鉸接點之間的距離等長。當電機驅動滑塊一與滑塊二時，三個平行四邊形機構動作，使得動平臺帶動下方夾具作二維移動的二自由度運動。實施例3，所述第三平行四邊形機構位于第一、第二平行四邊形機構的下側；其中第七連桿的一端鉸接在定平臺上側的滑塊二上，第七連桿的中點與第一連桿的中點鉸接，第七連桿的另一端位于第一連桿下方并與第六連桿的一端鉸接，第六連桿的另一端與第四連桿的一端以及動平臺的上端鉸接，第四連桿的另一端與第一連桿的一端以及第二連桿的上端鉸接，第一連桿的另一端鉸接在定平臺下側的滑塊一上。所述第一、第三、第七連桿等長，第四、第五、第六連桿等長且長度為所述第一、第三、第七連桿長度的二分之一，第二連桿以及動平臺的長度，與定平臺下側的滑動副上第一連桿和第三連桿的兩鉸接點之間的距
兩寸IX O當電機驅動滑塊一 11與滑塊二 12時，三個平行四邊形機構動作，使得動平臺帶動下方夾具作二維移動的二自由度運動。顯然，較之實施例2和實施例3，實施例I的結構更加穩(wěn)定，具有更大剛度。尚需說明的是為圖面清晰，圖中所有鉸接點僅畫出鉸接孔，鉸接軸均予省略。
權利要求
1.一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構，由動平臺(10)、定平臺(9)以及連接動平臺與定平臺的支鏈構成，支鏈的一端與動平臺鉸接，另一端與定平臺上的滑動副鉸接，各鉸接點(A)的鉸接軸線全部平行布置，滑動副的運動方向也相互平行，鉸接軸線與滑動副的運動方向相互垂直 ，其特征在于，所述支鏈包括三個平行四邊形機構，其中，定平臺下側的滑動副、第一連桿(I )、第二連桿(2)和第三連桿(3)構成第一平行四邊形機構，該第一平行四邊形機構中所述滑動副與第二連桿平行；同時，所述第二連桿與布置在其右側的第四連桿(4)、所述動平臺以及第五連桿構(5)成第二平行四邊形機構，該第二平行四邊形機構中所述動平臺與第二連桿平行，從而保證動平臺與定平臺始終平行；所述第一連桿、第四連桿與第六連桿(6)、第七連桿構(7)成第三平行四邊形機構，該第三平行四邊形機構中第一連桿與第六連桿平行，第四連桿與第七連桿平行，第七連桿的端部與定平臺上側的滑動副鉸接。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構，其特征在于所述第三平行四邊形機構位于第一平行四邊形機構的上側；其中，第七連桿的一端與第一連桿的中點鉸接，第七連桿另一端同時與定平臺上側的滑動副以及第六連桿的一端鉸接，第六連桿的另一端與第四連桿的一端鉸接，第四連桿的另一端與動平臺的上端鉸接，第四連桿的中點鉸接著第一連桿的一端以及第二連桿的上端，第一連桿的另一端鉸接在定平臺下側的滑動副上； 所述第一、第三、第四連桿等長，第五、第六、第七、第八連桿等長且長度為所述第一、第三、第四連桿的二分之一；第二連桿以及動平臺的長度，與定平臺下側的滑動副上第一連桿和第三連桿的兩鉸接點之間的距離等長。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構，其特征在于所述第三平行四邊形機構位于第一平行四邊形機構的上側；其中，第七連桿的一端與第一連桿的中點鉸接，第七連桿另一端同時與定平臺上側的滑動副以及第六連桿的一端鉸接，第六連桿的另一端與第四連桿的一端鉸接，第四連桿的另一端與動平臺的上端鉸接，第四連桿的三分之一長度位置鉸接著第一連桿的一端以及第二連桿的上端，第一連桿的另一端鉸接在定平臺下側的滑動副上； 所述第七連桿的長度等于第四連桿的三分之一，第二連桿以及動平臺的長度，與定平臺下側的滑動副上第一連桿和第三連桿的兩鉸接點之間的距離等長。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構，其特征在于所述第三平行四邊形機構位于第一、第二平行四邊形機構的下側；其中第七連桿的一端鉸接在定平臺上側的滑動副上，第七連桿的中點與第一連桿的中點鉸接，第七連桿的另一端位于第一連桿下方并與第六連桿的一端鉸接，第六連桿的另一端與第四連桿的一端以及動平臺的上端鉸接，第四連桿的另一端與第一連桿的一端以及第二連桿的上端鉸接，第一連桿的另一端鉸接在定平臺下側的滑動副上； 所述第一、第三、第七連桿等長，第四、第五、第六連桿等長且長度為所述第一、第三、第七連桿長度的二分之一，第二連桿以及動平臺的長度，與定平臺下側的滑動副上第一連桿和第三連桿的兩鉸接點之間的距離等長。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構,其特征在于所述第一平行四邊形機構還設有第八連桿(8)，所述第八連桿設置在第四連桿和第七連桿的中間位置且與第四連桿以及第七連桿平行，第八連桿的兩端分別鉸接在第六連桿和第一連桿上，形成一個虛約束。
6.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構，其特征在于所述定平臺下側的滑動副始終位于定平臺上側的滑動副的下方，所述滑動副包括機架上的導軌以及可在導軌上往復滑動的滑塊，各連桿的端部通過與滑塊的鉸接實現(xiàn)與所述滑動副的絞接。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構,其特征在于所述的各鉸接點均采用鉸接軸與鉸接孔配合的鉸接結構。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構，其特征在于所述搬運機構還配置有一夾具(13)，該夾具位于動平臺下方，夾具的對稱中心線與動平臺的軸線平行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構。目的是提供的機構使導軌的尺寸較小，在同等尺寸條件下具有較大的橫向位移距離。技術方案是一種具有大橫向位移的二自由度并聯(lián)機構，由動平臺、定平臺及支鏈構成，其特征在于，支鏈包括三個平行四邊形機構，其中，定平臺下側的滑動副、第一連桿、第二連桿和第三連桿構成第一平行四邊形機構；同時，第二連桿與第四連桿、動平臺及第五連桿構成第二平行四邊形機構，第二平行四邊形機構中動平臺與第二連桿平行；第一連桿、第四連桿與第六連桿、第七連桿構成第三平行四邊形機構，第三平行四邊形機構中第一連桿與第六連桿平行，第四連桿與第七連桿平行，第七連桿的端部與定平臺上側的滑動副鉸接。
文檔編號B25J9/00GK102886777SQ20121041506
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權日2012年10月25日
發(fā)明者吳偉峰, 李秦川, 馬吉鋼, 陳祖堆 申請人:浙江理工大學