專利名稱：一種空間三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械領(lǐng)域，特別涉及一種可應用于機器人關(guān)節(jié)或機床附件的無伴隨運動的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，機器人關(guān)節(jié)特別是腕關(guān)節(jié)多采用齒輪傳動、串聯(lián)式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)復雜、難以安裝、制造成本高。作為機床附件的三自由度轉(zhuǎn)頭亦多為串聯(lián)形式，其運動質(zhì)量大，剛
度較差。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種構(gòu)造簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、無伴隨運動的空間三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種空間三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)予以實現(xiàn)的技術(shù)方案是包括定平臺、動平臺以及連接所述定平臺與動平臺之間的第一分支、第二分支和第三分支；所述動平臺包括主平臺、次平臺和四個連桿，所述四個連桿通過轉(zhuǎn)動副連接構(gòu)成一組平面平行四邊形結(jié)構(gòu)，四個轉(zhuǎn)動副軸線垂直于該平面平行四邊形所在的平面；所述次平臺分別與所述平面平行四邊形的一組對邊連桿通過軸線垂直于所述平面平行四邊形所在平面的轉(zhuǎn)動副連接，且次平臺上兩轉(zhuǎn)動副中心的連線平行于所述平面平行四邊形結(jié)構(gòu)的另一組對邊連桿；所述主平臺與所述次平臺通過轉(zhuǎn)動副連接，且轉(zhuǎn)動副軸線垂直于所述平面平行四邊形結(jié)構(gòu)所在平面；所述第一分支包括一個第一主動臂和兩個等長的第一從動臂，所述第一主動臂與所述定平臺通過轉(zhuǎn)動副連接，且作為主動副為機構(gòu)提供動力；兩個第一從動臂的一端與所述第一主動臂通過轉(zhuǎn)動副連接，且兩個第一從動臂與第一主動臂之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線同所述第一主動臂與定平臺之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線共面平行；兩個第一從動臂的另一端分別通過三自由度球鉸鏈或者二自由度虎克鉸鏈與所述平面平行四邊形的一組對邊連桿鉸接；第一分支內(nèi)，所述第一主動臂、兩個第一從動臂和動平臺構(gòu)成一組平面平行四邊形結(jié)構(gòu)，從而限制動平臺沿所述主動臂上的轉(zhuǎn)動副軸線方向平動；所述第二分支包括一個第二主動臂和兩個等長的第二從動臂；所述第二主動臂與所述定平臺通過轉(zhuǎn)動副連接，且作為主動副為機構(gòu)提供動力；兩個第二從動臂的一端分別與所述第一主動臂通過轉(zhuǎn)動副連接，且兩個第二從動臂與第二主動臂之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線同所述第二主動臂與定平臺之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線共面平行；兩個第二從動臂的另一端分別通過三自由度球鉸鏈或者二自由度虎克鉸鏈與所述平面平行四邊形的另一組對邊連桿鉸接；第二分支內(nèi)，所述第二主動臂、兩個第二從動臂和動平臺構(gòu)成另一組平面平行四邊形結(jié)構(gòu)，從而限制動平臺沿所述第二主動臂上的轉(zhuǎn)動副軸線方向平動；所述第三分支包括一個第三主動臂，所述第三主動臂的一端與所述定平臺通過轉(zhuǎn)動副連接，并作為主動副為機構(gòu)提供動力；所述第三主動臂的另一端與所述主平臺通過二自由度虎克鉸鏈連接；所述第一分支內(nèi)的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)所在的平面與所述第二分支內(nèi)的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)所在的平面相交；所述動平臺上的四個鉸鏈中心共面；受到第一分支和第二分支內(nèi)的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)的限制，所述動平臺的一組對邊連桿上的兩鉸鏈中心連線與另一組對邊連桿上的兩鉸鏈中心連線的交點位置是固定的；所述第三分支的二自由度虎克鉸鏈中心與平面平行四邊形結(jié)構(gòu)中的一組對邊連桿上兩鉸鏈中心連線和另一組對邊連桿上兩鉸鏈中心連線的交點重合；通過控制第一主動臂、第二主動臂和第三主動臂的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)動平臺的三維轉(zhuǎn)動。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是動平臺采用多平臺及平行四邊形結(jié)構(gòu)，將兩分支內(nèi)的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)連接起來，限制了動平臺的平動自由度，且可實現(xiàn)動平臺的定心轉(zhuǎn)動。本發(fā)明構(gòu)造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，運動質(zhì)量小，便于裝配，易于控制，可用于機器人關(guān)節(jié)或機床附件。


圖1為本發(fā)明一種空間三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中動平臺機構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中第一分支示意圖；圖4為本發(fā)明中第二分支示意圖；圖5為本發(fā)明中第三分支示意圖。圖中1-定平臺，2-動平臺，2a_主平臺，2b_次平臺，2(T2f_連桿，3-第一分支，3a-第一主動臂，3b、3c-第一從動臂，4-第二分支，4a_第二主動臂，4b、4c_第二從動臂，5、第三分支，5a_第三主動臂。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細地描述。如圖1所示，本發(fā)明一種空間三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，包括定平臺1、動平臺2以及連接所述定平臺I與動平臺2之間的第一分支3、第二分支4和第三分支5。如圖2所示，所述動平臺2包括主平臺2a、次平臺2b和四個連桿2C 2f，所述四個連桿2df通過轉(zhuǎn)動副連接構(gòu)成一組平面平行四邊形結(jié)構(gòu)，四個轉(zhuǎn)動副軸線垂直于該平面平行四邊形所在的平面；所述次平臺2b分別與所述平面平行四邊形的一組對邊連桿2c、2e通過軸線垂直于所述平面平行四邊形所在平面的轉(zhuǎn)動副連接，且次平臺2b上兩轉(zhuǎn)動副中心的連線平行于所述平面平行四邊形結(jié)構(gòu)的另一組對邊連桿2d、2f ;所述主平臺2a與所述次平臺2b通過轉(zhuǎn)動副連接，且轉(zhuǎn)動副軸線垂直于所述平面平行四邊形結(jié)構(gòu)所在平面。如圖3所示，所述第一分支3包括一個第一主動臂3a和兩個等長的第一從動臂3b,3c,所述第一主動臂3a與所述定平臺I通過轉(zhuǎn)動副連接，且作為主動副為機構(gòu)提供動力；兩個第一從動臂3b、3c的一端與所述第一主動臂3a通過轉(zhuǎn)動副連接，且兩個第一從動臂3b、3c與第一主動臂3a之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線同所述第一主動臂3a與定平臺I之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線共面平行；兩個第一從動臂3b、3c的另一端分別通過三自由度球鉸鏈或者二自由度虎克鉸鏈與所述平面平行四邊形的一組對邊連桿2c、2e鉸接，若兩個第一從動臂3b,3c分別通過一二自由度虎克鉸鏈與所述平面平行四邊形的一組對邊連桿2c、2e鉸接，每個二自由度虎克鉸鏈與其中一個連桿相連的軸線(即，該二自由度虎克鉸鏈的近架軸線)通過另一個連桿上鉸鏈的中心，且每個二自由度虎克鉸鏈與其中一個第一從動臂相連的軸線(即該二自由度虎克鉸鏈的遠架軸線)平行于該第一從動臂一端的轉(zhuǎn)動副軸線；第一分支3內(nèi)，所述第一主動臂3a、兩個第一從動臂3b、3c和動平臺2構(gòu)成一組平面平行四邊形結(jié)構(gòu)，從而限制動平臺2沿所述主動臂3a上的轉(zhuǎn)動副軸線方向平動。如圖4所示，所述第二分支4包括一個第二主動臂4a和兩個等長的第二從動臂4b,4c ;所述第二主動臂4a與所述定平臺I通過轉(zhuǎn)動副連接，且作為主動副為機構(gòu)提供動力；兩個第二從動臂4b、4c的一端分別與所述第一主動臂4a通過轉(zhuǎn)動副連接，且兩個第二從動臂4b、4c與第二主動臂4a之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線同所述第二主動臂4a與定平臺I之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線共面平行；兩個第二從動臂4b、4c的另一端分別通過三自由度球鉸鏈或者二自由度虎克鉸鏈與所述平面平行四邊形的另一組對邊連桿2d、2f鉸接，若兩個第二從動臂4b、4c分別通過一二自由度虎克鉸鏈與所述平面平行四邊形的另一組對邊連桿2d、2f鉸接；每個二自由度虎克鉸鏈與其中一個連桿相連的軸線(即，該二自由度虎克鉸鏈的近架軸線)通過另一個連桿上鉸鏈的中心，每個二自由度虎克鉸鏈與其中一個第二從動臂相連的軸線(即該二自由度虎克鉸鏈的遠架軸線)平行于該第二從動臂一端的轉(zhuǎn)動副軸線；第二分支4內(nèi)，所述第二主動臂4a、兩個第二從動臂4b、4c和動平臺2構(gòu)成另一組平面平行四邊形結(jié)構(gòu)，從而限制動平臺2沿所述第二主動臂上的轉(zhuǎn)動副軸線方向平動。如圖5所示，所述第三分支5包括一個第三主動臂5a，所述第三主動臂5a的一端與所述定平臺I通過轉(zhuǎn)動副連接，并作為主動副為機構(gòu)提供動力；所述第三主動臂5a的另一端與所述主平臺2a通過二自由度虎克鉸鏈連接。所述第一分支3內(nèi)的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)所在的平面與所述第二分支4內(nèi)的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)所在的平面相交；所述動平臺2上的四個鉸鏈中心共面；受到第一分支3和第二分支4內(nèi)的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)的限制，所述動平臺2的一組對邊連桿2c、2e上的兩鉸鏈中心連線與另一組對邊連桿2d、2f上的兩鉸鏈中心連線的交點位置是固定的；所述第三分支5的二自由度虎克鉸鏈中心與平面平行四邊形結(jié)構(gòu)中的一組對邊連桿2c、2e上兩鉸鏈中心連線和另一組對邊連桿2d、2f上兩鉸鏈中心連線的交點重合；通過控制第一主動臂3a、第二主動臂4a和第三主動臂5a的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)動平臺2的三維轉(zhuǎn)動。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其不同點在于動平臺采用多平臺及平行四邊形結(jié)構(gòu)，將兩分支內(nèi)的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)連接起來，限制了動平臺的平動自由度。通過兩組平行四邊形結(jié)構(gòu)傳動，實現(xiàn)動平臺的定心轉(zhuǎn)動。本發(fā)明可對稱布置分支支鏈，構(gòu)造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，運動質(zhì)量小，便于裝配，易于控制。盡管上面結(jié)合圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種空間三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，包括定平臺(I)、動平臺(2)以及連接所述定平臺(I)與動平臺(2)之間的第一分支(3)、第二分支(4)和第三分支(5)；其特征在于所述動平臺(2)包括主平臺(2a)、次平臺(2b)和四個連桿(2C 2f)，所述四個連桿 (2c^2f)通過轉(zhuǎn)動副連接構(gòu)成一組平面平行四邊形結(jié)構(gòu)，四個轉(zhuǎn)動副軸線垂直于該平面平行四邊形所在的平面；所述次平臺(2b)分別與所述平面平行四邊形的一組對邊連桿(2c、2e)通過軸線垂直于所述平面平行四邊形所在平面的轉(zhuǎn)動副連接，且次平臺(2b)上兩轉(zhuǎn)動副中心的連線平行于所述平面平行四邊形結(jié)構(gòu)的另一組對邊連桿(2d、2f)；所述主平臺(2a)與所述次平臺(2b)通過轉(zhuǎn)動副連接，且轉(zhuǎn)動副軸線垂直于所述平面平行四邊形結(jié)構(gòu)所在平面；所述第一分支(3)包括一個第一主動臂(3a)和兩個等長的第一從動臂(3b、3c)，所述第一主動臂(3a)與所述定平臺(I)通過轉(zhuǎn)動副連接，且作為主動副為機構(gòu)提供動力；兩個第一從動臂(3b、3c)的一端與所述第一主動臂(3a)通過轉(zhuǎn)動副連接，且兩個第一從動臂 (3b、3c)與第一主動臂(3a)之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線同所述第一主動臂(3a)與定平臺(I)之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線共面平行；兩個第一從動臂(3b、3c)的另一端分別通過三自由度球鉸鏈或者二自由度虎克鉸鏈與所述平面平行四邊形的一組對邊連桿(2c、2e)鉸接；第一分支(3)內(nèi)，所述第一主動臂(3a)、兩個第一從動臂(3b、3c)和動平臺(2)構(gòu)成一組平面平行四邊形結(jié)構(gòu)，從而限制動平臺(2)沿所述主動臂(3a)上的轉(zhuǎn)動副軸線方向平動；所述第二分支(4)包括一個第二主動臂(4a)和兩個等長的第二從動臂(4b、4c);所述第二主動臂(4a)與所述定平臺(I)通過轉(zhuǎn)動副連接，且作為主動副為機構(gòu)提供動力；兩個第二從動臂(4b、4c)的一端分別與所述第一主動臂(4a)通過轉(zhuǎn)動副連接，且兩個第二從動臂(4b、4c)與第二主動臂(4a)之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線同所述第二主動臂(4a)與定平臺(I) 之間轉(zhuǎn)動副的回轉(zhuǎn)軸線共面平行；兩個第二從動臂(4b、4c)的另一端分別通過三自由度球鉸鏈或者二自由度虎克鉸鏈與所述平面平行四邊形的另一組對邊連桿(2d、2f)鉸接；第二分支(4)內(nèi)，所述第二主動臂(4a)、兩個第二從動臂(4b、4c)和動平臺(2)構(gòu)成另一組平面平行四邊形結(jié)構(gòu)，從而限制動平臺(2)沿所述第二主動臂上的轉(zhuǎn)動副軸線方向平動；所述第三分支(5)包括一個第三主動臂(5a)，所述第三主動臂(5a)的一端與所述定平臺(I)通過轉(zhuǎn)動副連接，并作為主動副為機構(gòu)提供動力；所述第三主動臂(5a)的另一端與所述主平臺(2a)通過二自由度虎克鉸鏈連接；所述第一分支(3)內(nèi)的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)所在的平面與所述第二分支(4)內(nèi)的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)所在的平面相交；所述動平臺(2)上的四個鉸鏈中心共面；受到第一分支(3)和第二分支(4)內(nèi)的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)的限制，所述動平臺(2)的一組對邊連桿(2c、 2e)上的兩鉸鏈中心連線與另一組對邊連桿(2d、2f)上的兩鉸鏈中心連線的交點位置是固定的；所述第三分支(5)的二自由度虎克鉸鏈中心與平面平行四邊形結(jié)構(gòu)中的一組對邊連桿(2c、2e)上兩鉸鏈中心連線和另一組對邊連桿(2d、2f)上兩鉸鏈中心連線的交點重合； 通過控制第一主動臂(3a)、第二主動臂(4a)和第三主動臂(5a)的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)動平臺(2)的三維轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述空間三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于兩個第一從動臂(3b、3c)分別通過一二自由度虎克鉸鏈與所述平面平行四邊形的一組對邊連桿(2c、2e)鉸接；所述兩個二自由度虎克鉸鏈的近架軸線重合，且所述兩個二自由度虎克鉸鏈的遠架軸線分別平行于所述第一從動臂一端的轉(zhuǎn)動副軸線； 兩個第二從動臂(4b、4c)分別通過一二自由度虎克鉸鏈與所述平面平行四邊形的另一組對邊連桿(2d、2f)鉸接；所述兩個二自由度虎克鉸鏈的近架軸線重合，且所述兩個二自由度虎克鉸鏈的遠架軸線分別平行于該第二從動臂一端的轉(zhuǎn)動副軸線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空間三轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，包括定平臺、動平臺以及連接定平臺與動平臺之間的第一分支、第二分支和第三分支；動平臺包括主平臺、次平臺和四個連桿，四個連桿通過轉(zhuǎn)動副連接構(gòu)成一組平面平行四邊形結(jié)構(gòu)；第一分支和第二分支分別由一主動臂、兩個從動臂、兩對虎克鉸鏈和動平臺組成一對相交的平面平行四邊形結(jié)構(gòu)；第三分支由第三主動臂、虎克鉸鏈和主平臺構(gòu)成；第三主動臂一端與定平臺通過轉(zhuǎn)動副連接，并作為主動副為機構(gòu)提供動力；通過控制第一主動臂、第二主動臂和第三主動臂的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)動平臺的三維轉(zhuǎn)動。本發(fā)明構(gòu)造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，運動質(zhì)量小，便于裝配，易于控制，可用于機器人關(guān)節(jié)或機床附件。
文檔編號B25J9/00GK103009376SQ20121051482
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者宋軼民, 董罡, 王攀峰, 孫濤, 趙學滿 申請人:天津大學