本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種大行程高精度的空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

相比于串聯(lián)機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度好、動(dòng)力學(xué)特性好等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)動(dòng)模擬、醫(yī)療等領(lǐng)域。但是，由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)中存在許多被動(dòng)鉸鏈，使得其制造、裝配成本較高。同時(shí)，被動(dòng)鉸鏈不可避免的制造誤差會(huì)降低機(jī)構(gòu)的操作精度。采用柔性鉸鏈代替剛性鉸鏈可以很好地解決這些問題。柔性部件可整體化加工的特點(diǎn)使得機(jī)構(gòu)具有操作精度高、重量輕、摩擦小、裝配少等優(yōu)點(diǎn)。因此，柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)得以研發(fā)。其中，具有空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)自由度的柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)是重要的一類，被廣泛應(yīng)用于微操作、定位等領(lǐng)域。

現(xiàn)有的空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)柔順機(jī)構(gòu)(如CN201413642Y、CN102360160A)受到驅(qū)動(dòng)器的行程限制，動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍很小，不能滿足工作需要，需要在機(jī)構(gòu)中設(shè)計(jì)一些位移放大機(jī)構(gòu)來放大其行程。但是這樣會(huì)增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，且放大效果有限。因此，提出一種運(yùn)動(dòng)范圍大、精度高、結(jié)構(gòu)緊湊的空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)很有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述背景技術(shù)中的不足，提出一種大行程高精度的空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)應(yīng)具有運(yùn)動(dòng)范圍大、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是

一種大行程高精度的空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)以及并聯(lián)連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的三個(gè)柔性分支；其特征在于：

每個(gè)柔性分支包括依次連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的移動(dòng)副、安裝塊、柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副、連桿與柔性球面副；所述每個(gè)柔性分支中，移動(dòng)副軸線豎直布置，柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線水平布置并且垂直于連桿軸線；

三個(gè)移動(dòng)副軸線的水平投影為等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，兩兩柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線的水平投影的夾角為60度；或者，

所述三個(gè)移動(dòng)副軸線的水平投影為等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)；其中形成等腰直角三角形斜邊的兩個(gè)頂點(diǎn)的移動(dòng)副所相關(guān)的兩個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行并且垂直于第三個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。

一種大行程高精度的空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)以及并聯(lián)連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的三個(gè)柔性分支；其特征在于：

所述每個(gè)柔性分支包括依次連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的移動(dòng)副、安裝塊、柔性球面副、連桿與柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述每個(gè)柔性分支中，移動(dòng)副軸線豎直布置，柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于連桿的軸線且平行于動(dòng)平臺(tái)平面；

三個(gè)移動(dòng)副軸線的水平投影為等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，兩兩柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線的動(dòng)平臺(tái)投影的夾角為60度；或者，

所述三個(gè)移動(dòng)副軸線的水平投影為等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，其中形成等腰直角三角形斜邊的兩個(gè)頂點(diǎn)的移動(dòng)副所相關(guān)的兩個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行并且垂直于第三個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。

所述移動(dòng)副為通過伺服電機(jī)帶動(dòng)且作為各柔性分支驅(qū)動(dòng)副的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)。

所述安裝塊固定在滾珠絲杠機(jī)構(gòu)中的滑臺(tái)上。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出的柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以執(zhí)行空間的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，具有運(yùn)動(dòng)范圍大、精度高、制造成本低、裝配簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可用于微操作、定位等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例四的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例一

如圖1所示，一種大行程高精度的空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架1、動(dòng)平臺(tái)2以及并聯(lián)連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的三個(gè)柔性分支。

每個(gè)柔性分支包括依次連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的移動(dòng)副10、安裝塊14、柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副13、連桿11與柔性球面副12；所述每個(gè)柔性分支中，移動(dòng)副軸線豎直布置，柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線水平布置并且垂直于連桿軸線；所述三個(gè)移動(dòng)副軸線的水平投影為等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，并且兩兩柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線的水平投影的夾角為60度。

所述移動(dòng)副為與機(jī)架固定的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)(包括絲杠、滑臺(tái)15、伺服電機(jī))，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠軸線豎直布置，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的滑臺(tái)與安裝塊固定；所述連桿的頂端通過柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副與安裝塊連接并且連桿的底端通過柔性球面副與動(dòng)平臺(tái)連接。

在未變形的情況下：所述三個(gè)柔性分支關(guān)于動(dòng)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱中心為動(dòng)平臺(tái)的中心并且旋轉(zhuǎn)角為120度，并且三個(gè)柔性球面副的轉(zhuǎn)動(dòng)中心為等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，三個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線為等邊三角形的三條邊；每個(gè)柔性分支中，連桿軸線與滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠軸線形成的夾角為銳角(連桿軸線不垂直于絲杠軸線)。

實(shí)施例二

如圖2所示，一種大行程高精度的空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架1、動(dòng)平臺(tái)2以及并聯(lián)連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的三個(gè)柔性分支。

每個(gè)柔性分支包括依次連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的移動(dòng)副10、安裝塊14、柔性球面副12、連桿11與柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副13；所述每個(gè)柔性分支中，移動(dòng)副軸線豎直布置，柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于連桿軸線且平行于動(dòng)平臺(tái)平面；所述三個(gè)移動(dòng)副軸線的水平投影為等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，并且兩兩柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線的動(dòng)平臺(tái)投影的夾角為60度

所述移動(dòng)副為與機(jī)架固定的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)(包括絲杠、滑臺(tái)15、伺服電機(jī))，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠軸線豎直布置，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的滑臺(tái)與安裝塊固定；所述連桿的頂端通過柔性球面副與安裝塊連接并且連桿的底端通過柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接。

在未變形的情況下：所述三個(gè)柔性分支關(guān)于動(dòng)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱中心為動(dòng)平臺(tái)的中心并且旋轉(zhuǎn)角為120度，并且三個(gè)柔性球面副的轉(zhuǎn)動(dòng)中心為等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，三個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線為等邊三角形的三條邊；每個(gè)柔性分支中，連桿軸線與滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠軸線形成的夾角為銳角(連桿軸線不垂直于絲杠軸線)。

實(shí)施例三

如圖3所示，一種大行程高精度的空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架1、動(dòng)平臺(tái)2以及并聯(lián)連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的三個(gè)柔性分支。

每個(gè)柔性分支包括依次連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的移動(dòng)副10、安裝塊14、柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副13、連桿11與柔性球面副12；所述每個(gè)柔性分支中，移動(dòng)副軸線豎直布置，柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線水平布置并且垂直于連桿軸線；所述三個(gè)柔性分支中：三個(gè)移動(dòng)副軸線的水平投影為等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，其中兩個(gè)移動(dòng)副(圖3中左側(cè)的移動(dòng)副和右側(cè)的移動(dòng)副)相關(guān)的頂點(diǎn)連線為等腰直角三角形的斜邊，這兩個(gè)移動(dòng)副所相關(guān)的兩個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行并且垂直于第三個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。

所述移動(dòng)副為與機(jī)架固定的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)(包括絲杠、滑臺(tái)15、伺服電機(jī))，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠軸線豎直布置，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的滑臺(tái)與安裝塊固定；所述連桿的頂端通過柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副與安裝塊連接并且連桿的底端通過柔性球面副與動(dòng)平臺(tái)連接。

在未變形的情況下：其中的兩個(gè)柔性分支(圖3中左側(cè)的柔性分支和右側(cè)的柔性分支)關(guān)于第三個(gè)柔性分支對(duì)稱，并且三個(gè)柔性球面副的轉(zhuǎn)動(dòng)中心為等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，三個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線中心為等腰三角形的三個(gè)頂點(diǎn)；每個(gè)柔性分支中，連桿軸線與滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠軸線形成的夾角為銳角(連桿軸線不垂直于絲杠軸線)。

實(shí)施例四

如圖4所示，一種大行程高精度的空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架1、動(dòng)平臺(tái)2以及并聯(lián)連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的三個(gè)柔性分支。

每個(gè)柔性分支包括依次連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的移動(dòng)副10、安裝塊14、柔性球面副12、連桿11與柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副13；所述每個(gè)柔性分支中，移動(dòng)副軸線豎直布置，柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于連桿的軸線且平行于動(dòng)平臺(tái)平面；所述三個(gè)柔性分支中：三個(gè)移動(dòng)副軸線的水平投影為等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，其中兩個(gè)移動(dòng)副(圖4中左側(cè)的移動(dòng)副和右側(cè)的移動(dòng)副)相關(guān)的頂點(diǎn)連線為等腰直角三角形斜邊，這兩個(gè)移動(dòng)副所相關(guān)的兩個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行并且垂直于第三個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。

所述移動(dòng)副為與機(jī)架固定的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)(包括絲杠、滑臺(tái)15、伺服電機(jī))，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠軸線豎直布置，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的滑臺(tái)與安裝塊固定；所述連桿的頂端通過柔性球面副與安裝塊連接并且連桿的底端通過柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接。

在未變形的情況下：其中的兩個(gè)柔性分支關(guān)于第三個(gè)柔性分支對(duì)稱，并且三個(gè)柔性球面副的轉(zhuǎn)動(dòng)中心為等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，三個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線中心為等腰三角形的三個(gè)頂點(diǎn)；每個(gè)柔性分支中，連桿軸線與滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的絲杠軸線形成的夾角為銳角(連桿軸線不垂直于絲杠軸線)。

上述實(shí)施例中：

各柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副以及各柔性球面副均由柔性材料制成，所述柔性材料優(yōu)選鈹青銅、鈦合金、聚丙烯、彈簧鋼等；所述滾珠絲杠機(jī)構(gòu)為各柔性分支的驅(qū)動(dòng)副，動(dòng)平臺(tái)在伺服電機(jī)帶動(dòng)下作兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。