CN112276912B - 一种含有正交双直线驱动支链的并联机构 - Google Patents

Abstract

一种含有正交双直线驱动支链的并联机构。其包括定平台、动平台、第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，具有三平动两转动的自由度。本发明优点：首先，采用正交双直线驱动支链的构型方式，在保证足够自由度的前提下，减少了支链数，降低干涉，增大机构的工作空间。其次，通过两条相互正交的直线驱动支链配合另外三条简单支链，实现两转动三平动共五个自由度，移动效率高，灵活性好。最后，三条支链的结构完全相同，并且三条支链结构简单，降低了制造加工难度的同时节省了制造成本。

Description

一种含有正交双直线驱动支链的并联机构

技术领域

本发明属于并联机构技术领域，特别是涉及一种含有正交双直线驱动支链的并联机构。

背景技术

并联机构是一种在动平台和定平台之间包含至少两个串联运动链的多自由度机构。并联机构因其具有刚度大、承载能力强、结构稳定、运行速度高、误差不叠加和精度高等优点，已被广泛应用在运动模拟器、并联机械手、并联运动机床、触觉装置、医疗机器人和遥控操纵装置等领域。

复合驱动支链的构型方式应用到并联机构中，具有简化结构、降低干涉、增大工作空间的优点。复合支链将两个或多个支链相连接，在一定程度上可以提高机构的承载能力，从而增加了机构刚度，具有极大应用前景。双直线驱动支链的存在能满足两个方向的移动，并且双直线驱动支链相互正交时，占用空间不大，同时可以实现可观的工作空间，因此成为本领域的研究开发方向。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种含有正交双直线驱动支链的并联机构。

为了达到上述目的，本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构包括定平台、动平台、第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；

其中，定平台的主体为下端宽，上端窄的阶梯形板状结构，其中窄端的三条边处分别设有一条向前突出的边沿，每条边沿上分别设有一个第二虎克铰支座；

动平台包括台板、三个球铰支座和一个第一虎克铰支座；三个球铰支座呈品字形安装在台板的一侧面上，分别用于连接第一支链、第二支链和第三支链；第一虎克铰支座安装在台板的同一侧面上，用于连接第四支链；

第一支链、第二支链和第三支链的结构完全相同，均包括第二虎克铰、伸缩杆、球铰和第三电机；伸缩杆的前端通过球铰与动平台上的一个球铰支座相连接，中部通过第二虎克铰与定平台上的一个第二虎克铰支座相连接，末端与第三电机连接，通过第三电机驱动伸缩杆进行伸缩；

第四支链为正交双直线驱动支链，包括第一移动组件、第二移动组件、第一直线驱动组件、第二直线驱动组件、定长杆和第一虎克铰；第一移动组件包括第一下底板、第一直线导轨和第一滑块；第一下底板的背面固定在定平台上宽端的前端面上；两条第一直线导轨沿左右方向并行固定在第一下底板的前端面上下两端；每条第一直线导轨上安装一个第一滑块；第一直线驱动组件包括第一电机、第一丝杠以及第一丝杠螺母；第一电机固定在第一下底板的前端面一侧，输出轴与第一丝杠的一端连接，并且第一丝杠平行于第一直线导轨；第一丝杠螺母安装在第一丝杠上；第二移动组件包括第二下底板、第二直线导轨和第二滑块；第二下底板的背面同时连接在第一滑块及第一丝杠螺母上；两条第二直线导轨沿垂直方向并行固定在第二下底板的前端面左右两侧；每条第二直线导轨上安装一个第二滑块；第一电机驱动第一丝杠旋转，并通过第一丝杠螺母带动第一滑块与第二下底板沿第一直线导轨左右移动；第二直线驱动组件包括第二电机、第二丝杠以及第二丝杠螺母；第二电机固定在第二下底板的前端面一端，输出轴与第二丝杠的一端相连接，并且第二丝杠平行于第二直线导轨；第二丝杠螺母安装在第二丝杠上且与第二滑块固接；第二电机驱动第二丝杠旋转，并通过第二丝杠螺母带动第二滑块沿第二直线导轨上下移动；定长杆的末端与固定在第二滑块上的第一铰接支座相连而构成第一转动副，前端通过第一虎克铰与动平台上的第一虎克铰支座相连，并且第一转动副的转动轴线与第一直线导轨平行。

所述的定平台上的三条边沿为等高等厚的板状结构。

所述的台板为圆形板状结构。

本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构具有以下优点：

1、采用正交双直线驱动支链的构型方式，在保证足够自由度的前提下，减少了支链数，降低干涉，增大机构的工作空间。

2、通过两条相互正交的直线驱动支链配合另外三条简单支链，实现两转动三平动共五个自由度，移动效率高，灵活性好。

3、三条支链的结构完全相同，并且三条支链结构简单，降低了制造加工难度的同时节省了制造成本。

附图说明

图1为本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构结构示意图。

图2为本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构中定平台结构示意图。

图3为本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构中第一支链、第二支链或第三支链结构示意图。

图4为本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构中第一移动组件与第一驱动组件连接状态示意图。

图5为本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构中第二移动组件与第二驱动组件连接状态示意图。

图6为本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构中动平台结构示意图。

图中：1、定平台；101、边沿；102、第二虎克铰支座；2、动平台；201、台板；3、第一移动组件；30、第一驱动组件；301、第一直线导轨；303、第一丝杠；304、第一滑块；305、第一丝杠螺母、306、第一下底板；4、第二移动组件；40、第二驱动组件；401、第二直线导轨；403、第二丝杠；404、第二滑块；405、第二丝杠螺母、406、第二下底板；5、第一转动副；501、第一铰接支座；6、定长杆；7、第一虎克铰；701、第一虎克铰支座；8、第二虎克铰；9、伸缩杆；10、球铰；11、第三电机；12、球铰支座；13、第一电机；14、第二电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构进行详细说明。

如图1—图6所示，本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构包括定平台1、动平台2、第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链Ⅳ；

其中，定平台1的主体为下端宽，上端窄的阶梯形板状结构，其中窄端的三条边处分别设有一条向前突出的边沿101，每条边沿101上分别设有一个第二虎克铰支座102；

动平台2包括台板201、三个球铰支座12和一个第一虎克铰支座701；三个球铰支座12呈品字形安装在台板201的一侧面上，分别用于连接第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ和第三支链Ⅲ；第一虎克铰支座701安装在台板201的同一侧面上，用于连接第四支链Ⅳ；

第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ和第三支链Ⅲ的结构完全相同，均包括第二虎克铰8、伸缩杆9、球铰10和第三电机11；伸缩杆9的前端通过球铰10与动平台2上的一个球铰支座12相连接，中部通过第二虎克铰8与定平台1上的一个第二虎克铰支座102相连接，末端与第三电机11连接，通过第三电机11驱动伸缩杆9进行伸缩；

第四支链Ⅳ为正交双直线驱动支链，包括第一移动组件3、第二移动组件4、第一直线驱动组件30、第二直线驱动组件40、定长杆6和第一虎克铰7；第一移动组件3包括第一下底板306、第一直线导轨301和第一滑块304；第一下底板306的背面固定在定平台1上宽端的前端面上；两条第一直线导轨301沿左右方向并行固定在第一下底板306的前端面上下两端；每条第一直线导轨301上安装一个第一滑块304；第一直线驱动组件30包括第一电机13、第一丝杠303以及第一丝杠螺母305；第一电机13固定在第一下底板306的前端面一侧，输出轴与第一丝杠303的一端连接，并且第一丝杠303平行于第一直线导轨301；第一丝杠螺母305安装在第一丝杠303上；第二移动组件4包括第二下底板406、第二直线导轨401和第二滑块404；第二下底板406的背面同时连接在第一滑块304及第一丝杠螺母305上；两条第二直线导轨401沿垂直方向并行固定在第二下底板406的前端面左右两侧；每条第二直线导轨401上安装一个第二滑块404；第一电机13驱动第一丝杠303旋转，并通过第一丝杠螺母305带动第一滑块304与第二下底板406沿第一直线导轨301左右移动；第二直线驱动组件40包括第二电机14、第二丝杠403以及第二丝杠螺母405；第二电机14固定在第二下底板406的前端面一端，输出轴与第二丝杠403的一端相连接，并且第二丝杠403平行于第二直线导轨401；第二丝杠螺母405安装在第二丝杠403上且与第二滑块404固接；第二电机14驱动第二丝杠403旋转，并通过第二丝杠螺母405带动第二滑块404沿第二直线导轨401上下移动；定长杆6的末端与固定在第二滑块404上的第一铰接支座501相连而构成第一转动副5，前端通过第一虎克铰7与动平台2上的第一虎克铰支座701相连，并且第一转动副5的转动轴线与第一直线导轨301平行。

所述的定平台1上的三条边沿101为等高等厚的板状结构。

所述的台板201为圆形板状结构。

现以第一丝杠303的轴线方向作为x轴方向，第二丝杠403的轴线方向作为y轴方向，以定平台1安装面的垂直方向作为z轴方向，对本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构的工作原理阐述如下：

本发明提供的含有正交双直线驱动支链的并联机构选取三个伸缩杆9、一个第一丝杠303和一个第二丝杠403作为主动副，可实现动平台2的五个自由度；锁定第一支链Ⅰ上的伸缩杆9和第四支链Ⅳ，同时使第二支链Ⅱ上的伸缩杆9与第三支链Ⅲ上的伸缩杆9在相应的第三电机11驱动下反向等距伸缩，可实现动平台2绕y轴的转动自由度；锁定第二支链Ⅱ上的伸缩杆9、第三支链Ⅲ上的伸缩杆9和第四支链Ⅳ上的第一丝杠303，同时利用第一支链Ⅰ上的第三电机11驱动伸缩杆9伸缩，相应地利用第四支链Ⅳ上的第二电机14驱动第二丝杠403旋转，可实现动平台2绕x轴的转动自由度；锁定第四支链Ⅳ上的第一丝杠303，同时使第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ和第三支链Ⅲ上的三个伸缩杆9在相应的第三电机11驱动下伸缩，相应地利用第四支链Ⅳ上的第二电机14驱动第二丝杠403旋转，使得第二支链Ⅱ上的球铰10和第三支链Ⅲ上的球铰10在y轴方向和z轴方向移动分量为0，使得第一支链Ⅰ上的球铰10、第二支链Ⅱ上的球铰10和第三支链Ⅲ上的球铰10在x轴方向移动分量相等，可实现动平台2沿x轴的移动自由度；锁定第四支链Ⅳ上的第一丝杠303，同时使第二支链Ⅱ上的伸缩杆9与第三支链Ⅲ上的伸缩杆9在相应的第三电机11驱动下同向等距伸缩，第一支链Ⅰ上的伸缩杆9伸缩，相应地利用第四支链Ⅳ上的第二电机14驱动第二丝杠403旋转，使得第二支链Ⅱ上的球铰10和第三支链Ⅲ上的球铰10在z轴方向上移动分量为0，在y轴方向上移动分量相等，可实现动平台2沿y轴的移动自由度；锁定第四支链Ⅳ上的第一丝杠303，同时使第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ和第三支链Ⅲ上的三个伸缩杆9在相应的第三电机11驱动下伸缩，相应地利用第四支链Ⅳ上的第二电机14驱动第二丝杠403旋转，使得第二支链Ⅱ上的球铰10和第三支链Ⅲ上的球铰10在x轴方向和y轴方向移动分量为0，使得第一支链Ⅰ上的球铰10、第二支链Ⅱ上的球铰10和第三支链Ⅲ上的球铰10在z轴方向移动分量相等，可实现动平台2沿z轴的移动自由度。最终，动平台2可实现三个方向的移动自由度与绕x、y轴的转动自由度共五个自由度。

Claims (3)

1.一种含有正交双直线驱动支链的并联机构，其特征在于：所述的含有正交双直线驱动支链的并联机构包括定平台(1)、动平台(2)、第一支链(Ⅰ)、第二支链(Ⅱ)、第三支链(Ⅲ)和第四支链(Ⅳ)；

其中，定平台(1)的主体为下端宽，上端窄的阶梯形板状结构，其中窄端的三条边处分别设有一条向前突出的边沿(101)，每条边沿(101)上分别设有一个第二虎克铰支座(102)；

动平台(2)包括台板(201)、三个球铰支座(12)和一个第一虎克铰支座(701)；三个球铰支座(12)呈品字形安装在台板(201)的一侧面上，分别用于连接第一支链(Ⅰ)、第二支链(Ⅱ)和第三支链(Ⅲ)；第一虎克铰支座(701)安装在台板(201)的同一侧面上，用于连接第四支链(Ⅳ)；

第一支链(Ⅰ)、第二支链(Ⅱ)和第三支链(Ⅲ)的结构完全相同，均包括第二虎克铰(8)、伸缩杆(9)、球铰(10)和第三电机(11)；伸缩杆(9)的前端通过球铰(10)与动平台(2)上的一个球铰支座(12)相连接，中部通过第二虎克铰(8)与定平台(1)上的一个第二虎克铰支座(102)相连接，末端与第三电机(11)连接，通过第三电机(11)驱动伸缩杆(9)进行伸缩；

第四支链(Ⅳ)为正交双直线驱动支链，包括第一移动组件(3)、第二移动组件(4)、第一直线驱动组件(30)、第二直线驱动组件(40)、定长杆(6)和第一虎克铰(7)；第一移动组件(3)包括第一下底板(306)、第一直线导轨(301)和第一滑块(304)；第一下底板(306)的背面固定在定平台(1)上宽端的前端面上；两条第一直线导轨(301)沿左右方向并行固定在第一下底板(306)的前端面上下两端；每条第一直线导轨(301)上安装一个第一滑块(304)；第一直线驱动组件(30)包括第一电机(13)、第一丝杠(303)以及第一丝杠螺母(305)；第一电机(13)固定在第一下底板(306)的前端面一侧，输出轴与第一丝杠(303)的一端连接，并且第一丝杠(303)平行于第一直线导轨(301)；第一丝杠螺母(305)安装在第一丝杠(303)上；第二移动组件(4)包括第二下底板(406)、第二直线导轨(401)和第二滑块(404)；第二下底板(406)的背面同时连接在第一滑块(304)及第一丝杠螺母(305)上；两条第二直线导轨(401)沿垂直方向并行固定在第二下底板(406)的前端面左右两侧；每条第二直线导轨(401)上安装一个第二滑块(404)；第一电机(13)驱动第一丝杠(303)旋转，并通过第一丝杠螺母(305)带动第一滑块(304)与第二下底板(406)沿第一直线导轨(301)左右移动；第二直线驱动组件(40)包括第二电机(14)、第二丝杠(403)以及第二丝杠螺母(405)；第二电机(14)固定在第二下底板(406)的前端面一端，输出轴与第二丝杠(403)的一端相连接，并且第二丝杠(403)平行于第二直线导轨(401)；第二丝杠螺母(405)安装在第二丝杠(403)上且与第二滑块(404)固接；第二电机(14)驱动第二丝杠(403)旋转，并通过第二丝杠螺母(405)带动第二滑块(404)沿第二直线导轨(401)上下移动；定长杆(6)的末端与固定在第二滑块(404)上的第一铰接支座(501)相连而构成第一转动副(5)，前端通过第一虎克铰(7)与动平台(2)上的第一虎克铰支座(701)相连，并且第一转动副(5)的转动轴线与第一直线导轨(301)平行。

2.根据权利要求1所述的含有正交双直线驱动支链的并联机构，其特征在于：所述的定平台(1)上的三条边沿(101)为等高等厚的板状结构。

3.根据权利要求1所述的含有正交双直线驱动支链的并联机构，其特征在于：所述的台板(201)为圆形板状结构。

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