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CN113799104B - 一种具有对称支链的四自由度并联机构 - Google Patents

一种具有对称支链的四自由度并联机构 Download PDF

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Abstract

一种具有对称支链的四自由度并联机构。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，具有两移动两转动的自由度。本发明优点：首先，采取丝杠和伸缩缸的支链组合，在确保机构所需自由度的同时，减少了多余的支链数，降低了支链因互相干涉而产生的误差，大大提高了该机构的运动空间；其次，采用两组对称支链相配合，使整个机构呈面对称，增强了机构的各向同性；最后，采用的对称支链完全一致，且结构简便，降低了加工成本和更换成本。

Description

一种具有对称支链的四自由度并联机构
技术领域
本发明属于并联机构技术领域，特别是涉及一种具有对称支链的四自由度并联机构。
背景技术
并联机构以其精度较高、较好的各向同性、承载能力大等优点，已被广泛应用于各个行业中，尤其是在需要高精度打磨的民航维修业中。
两平动两转动四自由度并联机构有着光明的未来，但大多数的四自由度并联机构，结构复杂且部件唯一，如果某个单一零件出现问题，无法及时修理，将会造成机构长时间无法工作，进而造成巨大的经济效益损失。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有对称支链的四自由度并联机构。
为了达到上述目的，本发明提供的具有对称支链的四自由度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，定平台包括底座、支撑台和第一铰链座；底座水平设置，两个支撑台的下端对称固定在底座的上表面左右部位中部，并且两个支撑台均向内倾斜设置；两个第一铰链座对称固定在底座的上表面前后部位中部；
所述动平台包括球铰支座安装面、第一球铰支座、第二球铰支座和台板；其中四个球铰支座安装面对称安装在台板的下表面左右及前后部位中部；两个第一球铰支座和两个第二球铰支座分别固定在两个相对的球铰支座安装面上；
第一支链与第二支链的结构相同且对称设置，均包括第一连杆组件和第一驱动组件；其中，第一驱动组件包括第一电机、底板、第一导轨、第一丝杠、第一滑块、连接板和联轴器；底板的下表面固定在定平台上一个支撑台的上表面上；第一丝杠沿底板的长度方向位于底板的上表面中部外侧；第一电机固定在底板的下端，输出轴通过联轴器与第一丝杠的一端相连接，第一丝杠的另一端以转动的方式固定在底板的上端；两条第一导轨以与第一丝杠平行的方式分别固定在底板的上表面两侧部位；第一滑块的下端两侧部位以滑动的方式安装在两条第一导轨上；连接板的底面固定在第一滑块的上表面上，并且中部套装在第一丝杠上，因此能够在第一电机及第一丝杠的驱动下沿第一导轨进行往复移动；第一连杆组件包括定长杆、第一球铰和第一滑块铰链座；定长杆的一端固定设置第一球铰，第一球铰与动平台上的一个第一球铰支座转动连接而构成第一球副；定长杆的另一端与固定在连接板上的第一滑块铰链座转动连接而构成第一转动副；
第三支链与第四支链的结构相同且对称设置，均包括第二连杆组件、第二电机和第二铰链座；其中，第二连杆组件包括伸缩缸和第二球铰，伸缩缸由缸体和内端部位于缸体内的伸缩杆构成；伸缩缸的缸体和第二电机并排固定在第二铰链座的上端，并且第二电机的输出端与伸缩杆的内端部相连接，由此能够驱动伸缩杆进行伸缩；第二球铰固定在伸缩杆的外端，并且与动平台上的一个第二球铰支座转动连接而构成第二球副；第二铰链座的下端通过万向轴与底座上的一个第一铰链座转动连接而构成虎克铰，并且虎克铰的两条转动轴线相互垂直。
所述底座为矩形板状结构。
所述支撑台的上表面与底座上表面间的夹角为60°。
所述动平台为正方形板状结构，中间设有安装孔；第一球铰支座与第二球铰支座的结构完全相同。
所述定长杆为圆柱体形杆。
本发明提供的具有对称支链的四自由度并联机构具有以下优点：
1、采取丝杠和伸缩缸的支链组合，在确保机构所需自由度的同时，减少了多余的支链数，降低了支链因互相干涉而产生的误差，大大提高了该机构的运动空间。
2、采用两组对称支链相配合方式，可使整个机构呈面对称，增强了机构的各向同性。
3、采用的对称支链完全一致，且结构简便，降低了加工成本和更换成本。
附图说明
图1为本发明提供的具有对称支链的四自由度并联机构结构示意图。
图2为本发明提供的具有对称支链的四自由度并联机构中定平台结构示意图。
图3为本发明提供的具有对称支链的四自由度并联机构中动平台结构示意图。
图4为本发明提供的具有对称支链的四自由度并联机构中第一支链结构示意图。
图5为本发明提供的具有对称支链的四自由度并联机构中第一驱动组件结构示意图。
图6为本发明提供的具有对称支链的四自由度并联机构中第三支链结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具有对称支链的四自由度并联机构进行详细说明。
如图1—图6所示，本发明提供的具有对称支链的四自由度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包括底座101、支撑台102和第一铰链座6；底座101水平设置，两个支撑台102的下端对称固定在底座101的上表面左右部位中部，并且两个支撑台102均向内倾斜设置；两个第一铰链座6对称固定在底座101的上表面前后部位中部；
所述动平台2包括球铰支座安装面201、第一球铰支座9、第二球铰支座13和台板204；其中四个球铰支座安装面201对称安装在台板204的下表面左右及前后部位中部；两个第一球铰支座9和两个第二球铰支座13分别固定在两个相对的球铰支座安装面201上；
第一支链Ⅰ与第二支链Ⅱ的结构相同且对称设置，均包括第一连杆组件3和第一驱动组件30；其中，第一驱动组件30包括第一电机10、底板301、第一导轨302、第一丝杠303、第一滑块304、连接板305和联轴器306；底板301的下表面固定在定平台1上一个支撑台102的上表面上；第一丝杠303沿底板301的长度方向位于底板301的上表面中部外侧；第一电机10固定在底板301的下端，输出轴通过联轴器306与第一丝杠303的一端相连接，第一丝杠303的另一端以转动的方式固定在底板301的上端；两条第一导轨302以与第一丝杠303平行的方式分别固定在底板301的上表面两侧部位；第一滑块304的下端两侧部位以滑动的方式安装在两条第一导轨302上；连接板305的底面固定在第一滑块304的上表面上，并且中部套装在第一丝杠303上，因此能够在第一电机10及第一丝杠303的驱动下沿第一导轨302进行往复移动；第一连杆组件3包括定长杆14、第一球铰8和第一滑块铰链座5；定长杆14的一端固定设置第一球铰8，第一球铰8与动平台2上的一个第一球铰支座9转动连接而构成第一球副15；定长杆14的另一端与固定在连接板305上的第一滑块铰链座5转动连接而构成第一转动副501；
第三支链Ⅲ与第四支链Ⅳ的结构相同且对称设置，均包括第二连杆组件4、第二电机11和第二铰链座7；其中，第二连杆组件4包括伸缩缸401和第二球铰12，伸缩缸401由缸体和内端部位于缸体内的伸缩杆构成；伸缩缸401的缸体和第二电机11并排固定在第二铰链座7的上端，并且第二电机11的输出端与伸缩杆的内端部相连接，由此能够驱动伸缩杆进行伸缩；第二球铰12固定在伸缩杆的外端，并且与动平台2上的一个第二球铰支座13转动连接而构成第二球副16；第二铰链座7的下端通过万向轴17与底座101上的一个第一铰链座转动连接而构成虎克铰601，并且虎克铰601的两条转动轴线相互垂直。
所述底座101为矩形板状结构。
所述支撑台102的上表面与底座101上表面间的夹角为60°。
所述动平台2为正方形板状结构，中间设有安装孔；第一球铰支座9与第二球铰支座13的结构完全相同。
所述定长杆14为圆柱体形杆。
现以垂直于底座101的方向作为z轴方向，前后方向作为x轴方向，y轴方向通过右手法则确定，对本发明提供的具有对称支链的四自由度并联机构的工作原理阐述如下：
本发明提供的具有对称支链的四自由度并联机构选取两根第一丝杆303和两个伸缩缸401作为主动件，可以实现动平台2的两移动和两转动共四个自由度；利用两台第二电机11使两个伸缩缸401上的伸缩杆反向等距伸长或回缩，并且同时锁定两根第一丝杠303，可以实现动平台2绕y轴的转动自由度；利用两台第一电机10驱动两根第一丝杠303旋转，使两个第一滑块304镜向不等距移动，可实现动平台2绕x轴的转动自由度；利用两台第一电机10驱动两根第一丝杠303旋转，使两个第一滑块304在z轴方向上移动分量相等，再配合伸缩缸401，可实现动平台2沿z轴的移动自由度；通过驱动两根第一丝杠303旋转，使两个第一滑块304在z轴方向上移动分量不等，再配合伸缩缸401，可实现动平台2沿y轴的移动自由度。最终，通过第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ、第三支链Ⅲ和第四支链上各个主动件的配合，动平台2可实现沿y、z轴方向的移动自由度与绕x、y轴的转动自由度共四个自由度。

Claims (5)

1.一种具有对称支链的四自由度并联机构，其特征在于：所述的具有对称支链的四自由度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)包括底座(101)、支撑台(102)和第一铰链座(6)；底座(101)水平设置，两个支撑台(102)的下端对称固定在底座(101)的上表面左右部位中部，并且两个支撑台(102)均向内倾斜设置；两个第一铰链座(6)对称固定在底座(101)的上表面前后部位中部；
所述动平台(2)包括球铰支座安装面(201)、第一球铰支座(9)、第二球铰支座(13)和台板(204)；其中四个球铰支座安装面(201)对称安装在台板(204)的下表面左右及前后部位中部；两个第一球铰支座(9)和两个第二球铰支座(13)分别固定在两个相对的球铰支座安装面(201)上；
第一支链(Ⅰ)与第二支链(Ⅱ)的结构相同且对称设置，均包括第一连杆组件(3)和第一驱动组件(30)；其中，第一驱动组件(30)包括第一电机(10)、底板(301)、第一导轨(302)、第一丝杠(303)、第一滑块(304)、连接板(305)和联轴器(306)；底板(301)的下表面固定在定平台(1)上一个支撑台(102)的上表面上；第一丝杠(303)沿底板(301)的长度方向位于底板(301)的上表面中部外侧；第一电机(10)固定在底板(301)的下端，输出轴通过联轴器(306)与第一丝杠(303)的一端相连接，第一丝杠(303)的另一端以转动的方式固定在底板(301)的上端；两条第一导轨(302)以与第一丝杠(303)平行的方式分别固定在底板(301)的上表面两侧部位；第一滑块(304)的下端两侧部位以滑动的方式安装在两条第一导轨(302)上；连接板(305)的底面固定在第一滑块(304)的上表面上，并且中部套装在第一丝杠(303)上，因此能够在第一电机(10)及第一丝杠(303)的驱动下沿第一导轨(302)进行往复移动；第一连杆组件(3)包括定长杆(14)、第一球铰(8)和第一滑块铰链座(5)；定长杆(14)的一端固定设置第一球铰(8)，第一球铰(8)与动平台(2)上的一个第一球铰支座(9)转动连接而构成第一球副(15)；定长杆(14)的另一端与固定在连接板(305)上的第一滑块铰链座(5)转动连接而构成第一转动副(501)；
第三支链(Ⅲ)与第四支链(Ⅳ)的结构相同且对称设置，均包括第二连杆组件(4)、第二电机(11)和第二铰链座(7)；其中，第二连杆组件(4)包括伸缩缸(401)和第二球铰(12)，伸缩缸(401)由缸体和内端部位于缸体内的伸缩杆构成；伸缩缸(401)的缸体和第二电机(11)并排固定在第二铰链座(7)的上端，并且第二电机(11)的输出端与伸缩杆的内端部相连接，由此能够驱动伸缩杆进行伸缩；第二球铰(12)固定在伸缩杆的外端，并且与动平台(2)上的一个第二球铰支座(13)转动连接而构成第二球副(16)；第二铰链座(7)的下端通过万向轴(17)与底座(101)上的一个第一铰链座转动连接而构成虎克铰(601)，并且虎克铰(601)的两条转动轴线相互垂直。
2.根据权利要求1所述的具有对称支链的四自由度并联机构，其特征在于：所述底座(101)为矩形板状结构。
3.根据权利要求1所述的具有对称支链的四自由度并联机构，其特征在于：所述支撑台(102)的上表面与底座(101)上表面间的夹角为60°。
4.根据权利要求1所述的具有对称支链的四自由度并联机构，其特征在于：所述动平台(2)为正方形板状结构，中间设有安装孔；第一球铰支座(9)与第二球铰支座(13)结构完全相同。
5.根据权利要求1所述的具有对称支链的四自由度并联机构，其特征在于：所述定长杆(14)为圆柱体形杆。
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