一種可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定純平動(dòng)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)，特別是一種三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]三平動(dòng)機(jī)構(gòu)以其特殊的運(yùn)動(dòng)特性一直是機(jī)構(gòu)學(xué)的研究熱點(diǎn)。其中不乏一些著名的三平動(dòng)機(jī)構(gòu)。1988年，R.Clavel提出了Delta并聯(lián)機(jī)構(gòu)，是一種3自由度純平動(dòng)機(jī)構(gòu)，其速度快，定位精確。Tsai在1996年提出了一種對(duì)稱3-UPU平動(dòng)機(jī)構(gòu)(Tsai L ff.Kinematics of AThree-Dof Platform with Three Extensible Limbs[M]//Recent Advances in RobotKinematics.Springer Netherlands, 1996:401-410)。針對(duì)3-RUU并聯(lián)機(jī)構(gòu)，Tsai在美國專利5656905中提出了一種3-RUU并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中提出的3-RUU機(jī)構(gòu)保持平動(dòng)的條件是每個(gè)RUU分支中與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副和與上平臺(tái)相連的外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副要保持平行，該機(jī)構(gòu)中與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副均平行于基座對(duì)邊，與上平臺(tái)相連的外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副平行于上平臺(tái)對(duì)邊。這種布置下，處于不同構(gòu)件上的轉(zhuǎn)動(dòng)副保持平行是非常困難的。當(dāng)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副不平行時(shí)，機(jī)構(gòu)并不具備穩(wěn)定的三平動(dòng)特性。該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)際上是一個(gè)變自由度機(jī)構(gòu)。
[0003]國內(nèi)一些學(xué)者也提出了 3-RUU機(jī)構(gòu)，公開號(hào)為CN201420614274.5的中國專利提出了3-RUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)試驗(yàn)機(jī)，公開號(hào)為CN201410371262.9的中國專利提出了一種可精密三維移動(dòng)的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機(jī)械手，包括基于3-RUU的運(yùn)動(dòng)鏈。但這些3-RUU機(jī)構(gòu)并不具有三平動(dòng)運(yùn)動(dòng)特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定純平動(dòng)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)通過運(yùn)動(dòng)副的特殊布置實(shí)現(xiàn)處于不同構(gòu)件上的轉(zhuǎn)動(dòng)副的自然平行，保證了機(jī)構(gòu)穩(wěn)定三平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明主要包括基座、動(dòng)平臺(tái)以及連接基座與動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支，所述的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支有兩種不同的連接方式。
[0007]第一種方式:分支由下連桿和上連桿組成，下連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與基座連接，該下連桿的另一端通過下萬向鉸與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過上萬向鉸與動(dòng)平臺(tái)連接。上萬向鉸中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副和下萬向鉸中與下連桿連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副均為外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，上、下萬向鉸與上連桿連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副均為內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，每個(gè)萬向鉸中，外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直。第一、三分支與基座相連的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行;第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的兩個(gè)上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。第二分支與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線；第二分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。三個(gè)分支中，與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于基座平面，與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于動(dòng)平臺(tái)平面。各分支中，轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與下連桿軸線垂直，并且與下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，下萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與上連桿軸線垂直，并且與上萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。
[0008]第二種方式:分支由下連桿和上連桿組成，下連桿的一端通過下萬向鉸與基座連接，該下連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過上萬向鉸與動(dòng)平臺(tái)連接。上、下萬向鉸中與基座或動(dòng)平臺(tái)相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副為外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，與下連桿或上連桿相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副為內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。第一、三分支與基座相連的兩個(gè)下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行;第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的兩個(gè)上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。第二分支與基座相連的下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支中與基座相連的下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線;第二分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。三個(gè)分支中，與基座相連的下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于基座平面，與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于動(dòng)平臺(tái)平面。各分支中，下萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與下連桿軸線垂直，并且與轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與上連桿軸線垂直，并且與上萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0010]轉(zhuǎn)動(dòng)副的布置方式可以使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)處于不同構(gòu)件上的轉(zhuǎn)動(dòng)副的自然平行，滿足實(shí)現(xiàn)三平動(dòng)的幾何條件，機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的三平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)出現(xiàn)機(jī)構(gòu)演化。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的立體示意簡圖。
[0012]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的立體示意簡圖。
[0013]圖中:I一基座，2—?jiǎng)悠脚_(tái)，3—第一分支，4一第二分支，5—第三分支，6—下連桿，7—下萬向鉸，8—上連桿，9 一上萬向鉸。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
[0015]在圖1所示的可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定純平動(dòng)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)示意圖中，下連桿6的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl與基座I連接，該下連桿的另一端通過下萬向鉸7與上連桿8的一端連接，該上連桿的另一端通過上萬向鉸9與動(dòng)平臺(tái)2連接。上萬向鉸中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副R 5和下萬向鉸中與下連桿連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副R2均為外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，上、下萬向鉸與上連桿連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副R3、R4均為內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，每個(gè)萬向鉸中，外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直。第一分支3和第三分支5與基座相連的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl軸線平行;第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的兩個(gè)上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。第二分支與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線;第二分支4與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。三個(gè)分支中，與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于基座平面，與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于動(dòng)平臺(tái)平面。各分支中，轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與下連桿軸線垂直，并且與下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，下萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與上連桿軸線垂直，并且與上萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。
[0016]實(shí)施例2
[0017]如圖2所示，下連桿6的一端通過下萬向鉸7與基座I連接，該下連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R3與上連桿8的一端連接，該上連桿的另一端通過上萬向鉸9與動(dòng)平臺(tái)2連接。上、下萬向鉸中與基座或動(dòng)平臺(tái)相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl、R5為外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，與下連桿或上連桿相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副R3、R4為內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。第一分支3和第三分支5與基座相連的兩個(gè)下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl軸線平行;第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的兩個(gè)上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R5軸線平行。第二分支4與基座相連的下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl軸線垂直于第一、三分支中與基座相連的下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線;第二分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。三個(gè)分支中，與基座相連的下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于基座平面，與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于動(dòng)平臺(tái)平面。各分支中，下萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與下連桿軸線垂直，并且與轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與上連桿軸線垂直，并且與上萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定純平動(dòng)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它包括基座、動(dòng)平臺(tái)以及連接基座與動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支，其特征在于:所述分支由下連桿和上連桿組成，下連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與基座連接，該下連桿的另一端通過下萬向鉸與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過上萬向鉸與動(dòng)平臺(tái)連接;上萬向鉸中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副和下萬向鉸中與下連桿連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副均為外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，上、下萬向鉸與上連桿連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副均為內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，每個(gè)萬向鉸中，外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直;第一、三分支與基座相連的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行;第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的兩個(gè)上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行;第二分支與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線;第二分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線;三個(gè)分支中，與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于基座平面，與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于動(dòng)平臺(tái)平面;各分支中，轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與下連桿軸線垂直，并且與下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，下萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與上連桿軸線垂直，并且與上萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。2.—種可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定純平動(dòng)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它包括基座、動(dòng)平臺(tái)以及連接基座與動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支，其特征在于:所述分支由下連桿和上連桿組成，下連桿的一端通過下萬向鉸與基座連接，該下連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過上萬向鉸與動(dòng)平臺(tái)連接;上、下萬向鉸中與基座或動(dòng)平臺(tái)相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副為外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，與下連桿或上連桿相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副為內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副;第一、三分支與基座相連的兩個(gè)下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行;第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的兩個(gè)上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行;第二分支與基座相連的下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支中與基座相連的下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線;第二分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線;三個(gè)分支中，與基座相連的下萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于基座平面，與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行于動(dòng)平臺(tái)平面;各分支中，下萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與下連桿軸線垂直，并且與轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與上連桿軸線垂直，并且與上萬向鉸內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。
【專利摘要】一種可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定純平動(dòng)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其包括基座、動(dòng)平臺(tái)以及連接它們的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支，分支中的下連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與基座連接,其另一端通過下萬向鉸與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過上萬向鉸與動(dòng)平臺(tái)連接。第一、三分支與基座相連的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行；第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的兩個(gè)上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，第二分支與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支與基座相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線；第二分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一、三分支與動(dòng)平臺(tái)相連的上萬向鉸外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。本發(fā)明可以使機(jī)構(gòu)各分支處于不同構(gòu)件上的轉(zhuǎn)動(dòng)副自然平行，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的三平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)出現(xiàn)機(jī)構(gòu)演化。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號(hào)】CN105500347
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610055839
【發(fā)明人】胡波, 李博, 崔鶴
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年1月27日