一種二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)是指其執(zhí)行終端作球面運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。所謂球面運(yùn)動(dòng)是指物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，其體內(nèi)總有一點(diǎn)在空間的位置保持不變，而體內(nèi)其他各點(diǎn)在空間同心球面上運(yùn)動(dòng)。由于僅具有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，球面機(jī)構(gòu)可用于物體的姿態(tài)調(diào)整和定位，這使其在航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程以及機(jī)器人領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)自由度數(shù)，球面機(jī)構(gòu)可分為二自由度球面機(jī)構(gòu)和三自由度球面機(jī)構(gòu)。二自由度球面機(jī)構(gòu)可以改變一個(gè)矢量在空間的指向，因此，這種機(jī)構(gòu)在平臺(tái)調(diào)平、視軸穩(wěn)定以及天線方位跟蹤系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)有球面機(jī)構(gòu)多具有三個(gè)自由度，盡管可以用于二自由度的姿態(tài)定位及對(duì)準(zhǔn)，但多余的自由度不但增加了機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)數(shù)目，而且使控制復(fù)雜。在這樣的背景下，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、制造簡(jiǎn)單、支承剛度大以及負(fù)載能力強(qiáng)的二自由度的球面機(jī)構(gòu)具有尤為重要的意義。
[0003]中國(guó)專(zhuān)利CN1803410A公開(kāi)了一種二自由度解耦球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括基座、動(dòng)平臺(tái)以及連接于動(dòng)平臺(tái)和基座之間的兩條運(yùn)動(dòng)支鏈。其中一條運(yùn)動(dòng)支鏈包括兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副，轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線需保證相互平行；另一條運(yùn)動(dòng)支鏈包括兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，兩轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直且相交，交點(diǎn)即為該球面機(jī)構(gòu)球的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。該球面機(jī)構(gòu)在移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)下即可作球面運(yùn)動(dòng)。
[0004]現(xiàn)有二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)環(huán)較長(zhǎng)，且僅使用一條封閉運(yùn)動(dòng)鏈作為動(dòng)平臺(tái)的支承。因此，這種球面機(jī)構(gòu)的支承剛度低，負(fù)載能力差；此外，現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，且需滿足轉(zhuǎn)動(dòng)副相互平行或垂直相交等多個(gè)幾何約束條件，對(duì)零部件的加工及裝調(diào)精度要求高，并增加了機(jī)構(gòu)的制造裝配難度，加工成本高。
[0005]本發(fā)明面向二自由度姿態(tài)定位及對(duì)準(zhǔn)的應(yīng)用需求，提供了一種新型二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)幾何約束復(fù)雜、制造裝配困難、支承剛度低以及負(fù)載能力差等問(wèn)題。該機(jī)構(gòu)具有構(gòu)型簡(jiǎn)單、支承穩(wěn)定以及負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:提供了一種新型二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它具有構(gòu)型簡(jiǎn)單、支承穩(wěn)定以及結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，可解決現(xiàn)有二自由度球面機(jī)構(gòu)幾何約束復(fù)雜、制造裝配困難、支承剛度低及負(fù)載能力差等問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括有動(dòng)平臺(tái)、兩個(gè)直線位移驅(qū)動(dòng)組件、球頭支桿以及底座，所述動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有與兩個(gè)直線位移驅(qū)動(dòng)組件以及球頭支桿相連的結(jié)構(gòu)，且該相連的結(jié)構(gòu)呈直角三角形配置，其中球頭支桿與動(dòng)平臺(tái)相連的結(jié)構(gòu)位于直角三角形的直角頂點(diǎn)處，兩條直線位移驅(qū)動(dòng)組件與動(dòng)平臺(tái)相連的結(jié)構(gòu)分別位于直角三角形的兩條直角邊；所述底座包括有底板、2個(gè)直線導(dǎo)向件、2個(gè)直線承導(dǎo)件以及球碗；球碗包括第一球碗和第二球碗；2個(gè)直線承導(dǎo)件和第一球碗在底座上呈直角三角形配置，且第一球碗位于直角三角形的直角頂點(diǎn)處，2個(gè)直線承導(dǎo)件分別位于直角三角形的兩條直角邊，2個(gè)直線承導(dǎo)件運(yùn)動(dòng)方向分別沿直角邊方向；所述直線位移驅(qū)動(dòng)組件包括有套筒和滑桿，滑桿一端與套筒構(gòu)成移動(dòng)副，滑桿另一端設(shè)置有滑桿的球頭，用于與第二球碗相連構(gòu)成球面副；所述球頭支桿一端設(shè)置有球頭支桿的球頭，球頭支桿的球頭與第一球碗構(gòu)成球面副，球頭支桿的另一端設(shè)置有用于和動(dòng)平臺(tái)相連的結(jié)構(gòu)元素。
[0008]其中，所述動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有與兩條直線位移驅(qū)動(dòng)組件以及球頭支桿相連的結(jié)構(gòu)為定位孔。
[0009]其中，球頭支桿的另一端設(shè)置有用于和動(dòng)平臺(tái)相連的法蘭面。
[0010]本發(fā)明的原理在于:
[0011]本發(fā)明的二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括有動(dòng)平臺(tái)、直線位移驅(qū)動(dòng)組件2個(gè)、球頭支桿以及底座；動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有與球頭支桿和直線位移驅(qū)動(dòng)組件相連的結(jié)構(gòu)元素，且這些結(jié)構(gòu)元素按直角三角形分布；球頭支桿與動(dòng)平臺(tái)上位于直角頂點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)元素相連，兩個(gè)直線位移驅(qū)動(dòng)組件分別與位于兩條直角邊的結(jié)構(gòu)元素相連；
[0012]所述底座上設(shè)置有連接2個(gè)直線承導(dǎo)件和球碗的結(jié)構(gòu)元素，這些結(jié)構(gòu)元素呈直角三角形配置，且球碗與位于直角頂點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)元素相連，兩個(gè)直線承導(dǎo)件分別位于兩條直角邊；球頭支桿的球頭以及運(yùn)動(dòng)滑桿的球頭分別與底座上的球碗和直線承導(dǎo)件上的球碗連接構(gòu)成球面副。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014]1)本發(fā)明基于直角正交構(gòu)型，幾何約束條件易于滿足，具有構(gòu)型簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]2)本發(fā)明采用球頭支桿和兩條直線位移驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈支承，相比于單環(huán)封閉運(yùn)動(dòng)鏈支承，具有支承穩(wěn)定、負(fù)載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0016]3)本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，所采用的均為常用機(jī)械零部件，加工、裝配簡(jiǎn)單、制造成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為直線位移驅(qū)動(dòng)組件示意圖；
[0019]圖3為球頭支桿示意圖；
[0020]圖4為底座不意圖。
[0021 ] 其中圖中附圖標(biāo)記含義為:1為動(dòng)平臺(tái)，2為直線位移驅(qū)動(dòng)組件，3為球頭支桿，4為底座，5為滑桿，6為套筒，7為滑桿的球頭，8為法蘭面，9為球頭支桿的球頭，10為底板，11為直線承導(dǎo)件，12為導(dǎo)向件，13為第一球碗，14為第二球碗。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明一種二自由度球面機(jī)構(gòu)，它包括動(dòng)平臺(tái)1、兩個(gè)直線位移驅(qū)動(dòng)組件2、球頭支桿3以及底座4。
[0024]動(dòng)平臺(tái)1上設(shè)置有用于和直線位移驅(qū)動(dòng)組件2和球頭支桿3相連的結(jié)構(gòu)元素，如定位孔，且這些相連的結(jié)構(gòu)元素呈直角三角形配置。球頭支桿3相連的結(jié)構(gòu)元素位于直角三角形的直角頂點(diǎn)，和直線位移驅(qū)動(dòng)組件2相連的結(jié)構(gòu)元素分別位于直角三角形的兩條直角邊。
[0025]直線位移驅(qū)動(dòng)組件2包括有滑桿5和套筒6 ;滑桿5的一端與套筒6構(gòu)成移動(dòng)副，另一端設(shè)置有滑桿的球頭7，用于和底座4中相應(yīng)結(jié)構(gòu)相連；直線位移驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈通過(guò)套筒6與動(dòng)平臺(tái)上直角邊上的結(jié)構(gòu)元素相連；
[0026]如圖2所示，球頭支桿3 —端設(shè)置有與動(dòng)平臺(tái)連接的結(jié)構(gòu)元素，如法蘭面8，另一端設(shè)置有球頭支桿的球頭9，它與動(dòng)平臺(tái)上直角頂點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)元素相連；
[0027]如圖3所示，底座4包括有底板10、直線承導(dǎo)件11、導(dǎo)向件12以及可以與球頭構(gòu)成球面副的結(jié)構(gòu)元素，典型如球碗；具體的，導(dǎo)向件12上設(shè)置有第二球碗14 ;底板上設(shè)置有用于連接直線承導(dǎo)件11和第一球碗13的結(jié)構(gòu)元素，且這些結(jié)構(gòu)元素呈直角三角形配置，其中第一球碗13與直角三角形的直角頂點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)元素相連，直線承導(dǎo)件11與直角三角形的直角邊上的結(jié)構(gòu)元素相連；導(dǎo)向件12與直線承導(dǎo)件11連接構(gòu)成移動(dòng)副；球頭支桿3.的球頭9與第一球碗13相連構(gòu)成球面副，直線位移驅(qū)動(dòng)組件2上的滑桿的球頭7與第二球碗14相連構(gòu)成球面副。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括有動(dòng)平臺(tái)(1)、兩個(gè)直線位移驅(qū)動(dòng)組件(2)、球頭支桿(3)以及底座(4)，其特征在于:所述動(dòng)平臺(tái)(1)上設(shè)置有與兩條直線位移驅(qū)動(dòng)組件(2)以及球頭支桿(3)相連的結(jié)構(gòu)，且該相連的結(jié)構(gòu)呈直角三角形配置，其中球頭支桿(3)與動(dòng)平臺(tái)(1)相連的結(jié)構(gòu)位于直角三角形的直角頂點(diǎn)處，兩個(gè)直線位移驅(qū)動(dòng)組件(2)與動(dòng)平臺(tái)(1)相連的結(jié)構(gòu)分別位于直角三角形的兩條直角邊；所述底座(4)包括有底板(10)、2個(gè)直線導(dǎo)向件(12)、2個(gè)直線承導(dǎo)件(11)以及球碗；球碗包括第一球碗(13)和第二球碗(14) ;2個(gè)直線承導(dǎo)件(11)和第一球碗(13)在底座(4)上呈直角三角形配置，且第一球碗(13)位于直角三角形的直角頂點(diǎn)處，2個(gè)直線承導(dǎo)件(11)分別位于直角三角形的兩條直角邊，2個(gè)直線承導(dǎo)件(11)運(yùn)動(dòng)方向分別沿直角邊方向；所述直線位移驅(qū)動(dòng)組件(2)包括有套筒(6)和滑桿(5)，滑桿(5) —端與套筒(6)構(gòu)成移動(dòng)副，滑桿(5)另一端設(shè)置有滑桿的球頭(7)，用于與第二球碗(14)相連構(gòu)成球面副；所述球頭支桿(3) —端設(shè)置有球頭支桿的球頭(9)，球頭支桿的球頭(9)與第一球碗(13)構(gòu)成球面副，球頭支桿(3)的另一端設(shè)置有用于和動(dòng)平臺(tái)(1)相連的結(jié)構(gòu)元素。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述動(dòng)平臺(tái)(1)上設(shè)置有與兩個(gè)直線位移驅(qū)動(dòng)組件(2)以及球頭支桿(3)相連的結(jié)構(gòu)元素為定位孔。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:球頭支桿(3)的另一端設(shè)置有用于和動(dòng)平臺(tái)(1)相連的法蘭面(8)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種二自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括有動(dòng)平臺(tái)、直線位移驅(qū)動(dòng)組件2個(gè)、球頭支桿以及底座；動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有與球頭支桿和直線位移驅(qū)動(dòng)組件相連的結(jié)構(gòu)元素，且這些結(jié)構(gòu)元素按直角三角形分布；球頭支桿與動(dòng)平臺(tái)上位于直角頂點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)元素相連，兩個(gè)直線位移驅(qū)動(dòng)組件分別與位于兩條直角邊的結(jié)構(gòu)元素相連；底座上設(shè)置2個(gè)直線承導(dǎo)件和球碗，呈直角三角形配置，且第一球碗位于直角頂點(diǎn)處，兩個(gè)直線承導(dǎo)件分別位于兩條直角邊；球頭支桿的球頭以及滑桿的球頭分別與底座上的第一球碗和兩個(gè)直線承導(dǎo)件上的第二球碗連接構(gòu)成球面副。本發(fā)明采用球頭支桿和兩個(gè)直線位移驅(qū)動(dòng)組件支承，相比于單環(huán)封閉運(yùn)動(dòng)鏈支承，具有支承穩(wěn)定、負(fù)載能力強(qiáng)、剛度大的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】B25J9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105252525
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510853615
【發(fā)明人】王大志, 葉化, 馮常
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
【公開(kāi)日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日