一種新型三自由度平動并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型三自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，包括固定架、動平臺以及布置在固定架與動平臺之間的結(jié)構(gòu)相同的三條支鏈；每條支鏈包括驅(qū)動電機、小齒輪、兩個大齒輪、齒形帶、兩個絲杠、兩個螺母和連桿；驅(qū)動電機固定在固定架上，小齒輪固接在驅(qū)動電機的輸出端，兩個大齒輪通過第一轉(zhuǎn)動副與固定架連接，小齒輪通過齒形帶帶動兩個大齒輪；螺母通過僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈與大齒輪連接，驅(qū)動電機將動力依次傳遞給小齒輪、齒形帶、兩個大齒輪、兩個螺母，使得兩個絲杠相對螺母同步移動；控制三條支鏈中的驅(qū)動電機實現(xiàn)所述動平臺的三維平動。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、總體質(zhì)量小、剛度高、精度高和工作空間大的特點。
【專利說明】
一種新型三自由度平動并聯(lián)機構(gòu)
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人，特別是涉及一種機器人的具有空間三維平動的并聯(lián)機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)公開號為CN101244557A和US4976572(或W07703527)的專利文獻所披露的內(nèi)容可知，現(xiàn)有的可實現(xiàn)三維平動的并聯(lián)機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)主要是包括三組主動支鏈和一個動平臺，每組支鏈包括近架桿和遠架桿兩部分。其中近架桿一端相對于固定機架僅具有一個轉(zhuǎn)動自由度，另一端通過僅具有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈與遠架桿的一端連接;遠架桿另一端通過僅具有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈與動平臺連接，從而保證動平臺的三維平動。上述機構(gòu)的局限性是:機構(gòu)整體剛度較差，只適用于輕小物體的搬運。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種新型的三自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、總體質(zhì)量小、剛度高、精度高和工作空間大的特點，可以用于重載搬運與輕型加工領域。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種新型三自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，包括固定架、動平臺以及布置在所述固定架與動平臺之間的結(jié)構(gòu)相同的三條支鏈;每條支鏈包括驅(qū)動電機、小齒輪、兩個大齒輪、齒形帶、兩個絲杠、兩個螺母和連桿;所述驅(qū)動電機固定在所述固定架上，所述小齒輪固接在所述驅(qū)動電機的輸出端，兩個大齒輪通過第一轉(zhuǎn)動副與所述固定架連接，所述小齒輪通過所述齒形帶帶動兩個大齒輪;所述螺母通過僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈與所述大齒輪連接，兩個絲杠的一端均分別通過螺旋副與兩個螺母連接，兩個絲杠的另一端與所述動平臺連接，兩個絲杠與所述動平臺之間的連接結(jié)構(gòu)由以下兩種情形之一:一種是:兩個絲杠的另一端均分別通過第二轉(zhuǎn)動副與所述連桿的兩端連接，且所述第二轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于所述連桿的軸線;每條支鏈中的所述連桿上的兩個第二轉(zhuǎn)動副的軸線平行，且所述連桿上的兩個第二轉(zhuǎn)動副的中心連線平行且等長于兩個所述螺母的中心連線;所述連桿通過第三轉(zhuǎn)動副與所述動平臺連接，且所述第三轉(zhuǎn)動副的軸線與所述連桿的軸線重合;另一種是:兩個絲杠的另一端均分別通過僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈與所述動平臺連接，且兩個所述螺母的中心連線平行且等長于所述動平臺上兩個所述僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈的中心連線;所述驅(qū)動電機將動力依次傳遞給所述小齒輪、齒形帶、兩個大齒輪、兩個螺母，使得兩個絲杠相對螺母同步移動;控制三條支鏈中的驅(qū)動電機實現(xiàn)所述動平臺的三維平動。
[0005]進一步講，所述僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈為虎克鉸或球銷副。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0007]驅(qū)動電機固定，利用兩回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈傳遞轉(zhuǎn)動于螺旋副，實現(xiàn)動平臺的三維平動，支鏈只受拉壓負荷，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，增大了機構(gòu)的剛度同時減輕了機構(gòu)的總體質(zhì)量。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明三自由度平動并聯(lián)機構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是圖1中所示虎克鉸鏈的安裝示意圖；
[0010]圖3是圖1中所示球銷副安裝剖視圖。
[0011]圖中:
[0012]1-固定架 2-動平臺3-驅(qū)動電機 4-小齒形輪
[0013]5-大齒形輪6-齒形帶7-螺母8-絲杠
[0014]9-連桿 10-虎克鉸鏈外圈11-虎克鉸鏈內(nèi)圈12-球窩
[0015]13-球14-銷
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本發(fā)明進行解釋說明，并不用以限制本發(fā)明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明提出的一種新型三自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，包括固定架1、動平臺2以及布置在所述固定架I與動平臺2之間的結(jié)構(gòu)相同的三條支鏈。
[0018]每條支鏈包括驅(qū)動電機3、小齒輪4、兩個大齒輪5、齒形帶6、兩個絲杠8、兩個螺母7和連桿9;所述驅(qū)動電機3固定在所述固定架I上，所述小齒輪固接在所述驅(qū)動電機3的輸出端，兩個大齒輪5通過第一轉(zhuǎn)動副與所述固定架I連接，所述小齒輪4通過所述齒形帶6帶動兩個大齒輪5;所述螺母7通過僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈與所述大齒輪5連接，兩個絲杠8的一端均分別通過螺旋副與兩個螺母7連接，兩個絲杠8的另一端與所述動平臺2連接，兩個絲杠8與所述動平臺2之間的連接結(jié)構(gòu)由以下兩種情形之一:
[0019]—種是:兩個絲杠8的另一端均分別通過第二轉(zhuǎn)動副與所述連桿9的兩端連接，且所述第二轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于所述連桿9的軸線;每條支鏈中的所述連桿9上的兩個第二轉(zhuǎn)動副的軸線平行，且所述連桿9上的兩個第二轉(zhuǎn)動副的中心連線平行且等長于兩個所述螺母7的中心連線;所述連桿9通過第三轉(zhuǎn)動副與所述動平臺2連接，且所述第三轉(zhuǎn)動副的軸線與所述連桿9的軸線重合；
[0020]另一種是:兩個絲杠8的另一端均分別通過僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈與所述動平臺連接，且兩個所述螺母7的中心連線平行且等長于所述動平臺2上兩個所述僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈的中心連線。
[0021]本發(fā)明中，所述僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈為虎克鉸鏈或是球銷副。如圖2所示，所述大齒輪5與所述螺母7之間的僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈為虎克鉸鏈，如圖2所示，所述螺母7固接于虎克鉸鏈內(nèi)圈11，虎克鉸鏈外圈10通過轉(zhuǎn)動副與所述大齒形輪5連接。如圖3所示，所述大齒輪5與所述螺母7之間的僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈可以是球銷副，所述螺母7固接于球13，球窩12與所述大齒輪5固接，球窩12與球13之間設有銷14。
[0022]本發(fā)明工作時，通過控制所述驅(qū)動電機3可以帶動所述小齒輪4轉(zhuǎn)動，通過所述齒形帶6帶動兩個所述大齒輪5，通過所述僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈將轉(zhuǎn)動傳遞給所述螺母7，使得兩個絲杠8分別相對于兩個螺母7作同步移動。在運動過程中，任意兩條所述支鏈中的連桿9始終平行于所述固定架I，可使得所述動平臺2平行于所述固定架I?？刂迫龡l支鏈中的驅(qū)動電機3實現(xiàn)所述動平臺2的三維平動。
[0023]本發(fā)明中，驅(qū)動電機3固定在固定架I上，利用僅有兩回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈將傳遞轉(zhuǎn)動于螺旋副，從而實現(xiàn)動平臺2的三維平動，由于本發(fā)明中的支鏈只受拉壓負荷，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，增大了機構(gòu)的剛度同時減輕了機構(gòu)的總體質(zhì)量。
[0024]盡管上面結(jié)合附圖對本發(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，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種新型三自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，包括固定架(I)、動平臺(2)以及布置在所述固定架(I)與動平臺(2)之間的結(jié)構(gòu)相同的三條支鏈;其特征在于； 每條支鏈包括驅(qū)動電機(3)、小齒輪(4)、兩個大齒輪(5)、齒形帶(6)、兩個絲杠(8)、兩個螺母(7)和連桿(9);所述驅(qū)動電機(3)固定在所述固定架(I)上，所述小齒輪固接在所述驅(qū)動電機(3)的輸出端，兩個大齒輪(5)通過第一轉(zhuǎn)動副與所述固定架(I)連接，所述小齒輪(4)通過所述齒形帶(6)帶動兩個大齒輪(5);所述螺母(7)通過僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈與所述大齒輪(5)連接，兩個絲杠(8)的一端均分別通過螺旋副與兩個螺母(7)連接，兩個絲杠(8)的另一端與所述動平臺(2)連接，兩個絲杠(8)與所述動平臺(2)之間的連接結(jié)構(gòu)由以下兩種情形之一: 一種是:兩個絲杠(8)的另一端均分別通過第二轉(zhuǎn)動副與所述連桿(9)的兩端連接，且所述第二轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于所述連桿(9)的軸線;每條支鏈中的所述連桿(9)上的兩個第二轉(zhuǎn)動副的軸線平行，且所述連桿(9)上的兩個第二轉(zhuǎn)動副的中心連線平行且等長于兩個所述螺母(7)的中心連線;所述連桿(9)通過第三轉(zhuǎn)動副與所述動平臺(2)連接，且所述第三轉(zhuǎn)動副的軸線與所述連桿(9)的軸線重合； 另一種是:兩個絲杠(8)的另一端均分別通過僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈與所述動平臺連接，且兩個所述螺母(7)的中心連線平行且等長于所述動平臺(2)上兩個所述僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈的中心連線； 所述驅(qū)動電機(3)將動力依次傳遞給所述小齒輪(4)、齒形帶(6)、兩個大齒輪(5)、兩個螺母(7)，使得兩個絲杠(8)相對螺母(7)同步移動;控制三條支鏈中的驅(qū)動電機(3)運動，改變?nèi)龡l支鏈長度，實現(xiàn)所述動平臺(2)的三維平動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型三自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于，所述僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈為虎克鉸鏈。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型三自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于，所述僅有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈為球銷副。
【文檔編號】B25J9/00GK105881508SQ201610349835
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】趙學滿, 王攀峰, 董罡
【申請人】天津大學