四自由度并聯(lián)機構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種四自由度并聯(lián)機構，包括定平臺、動平臺、第一支鏈和第二支鏈。該第一支鏈和第二支鏈分別與定平臺和動平臺連接從而形成一個空間并聯(lián)閉環(huán)機構。第一支鏈和第二支鏈分別包括第一單元、第二單元和第一連接件，第一單元和第二單元通過第一連接件可轉動地連接，其中，第一單元與第一連接件組成第一機構，第二單元與第一連接件組成第二機構，以及第一機構可活動地連接于定平臺，第二機構可轉動地連接于動平臺，其中第一機構在第一平面內運動并具有兩個平動自由度，第二機構在第二平面內運動并具有兩個平動自由度，且第一平面與第二平面相互垂直。通過線性驅動第一機構運動，從而實現(xiàn)動平臺的三個平動自由度和一個轉動自由度。
【專利說明】
四自由度并聯(lián)機構
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及用于機器人領域的運動機構，具體涉及一種四自由度并聯(lián)機構。 【背景技術】
[0002]串聯(lián)式SCARA機器人具有四個運動自由度，包括X、Y、Z方向的平動自由度和繞Z軸的轉動自由度，廣泛應用于搬取、裝配、焊接等工業(yè)領域，但是其承載能力和動態(tài)性能較差， 慣性較大，剛度和精度不高。并聯(lián)機構是由多個支鏈構成的閉環(huán)機構，其獨特的結構使得該類機構具有更高的動態(tài)響應性能，更容易實現(xiàn)高速高加速度運動。有人提出一種Delta三自由度空間平移并聯(lián)機構，其具有運動速度快、定位精確、成本低、效率高等特點，廣泛應用于加工、裝配等操作中。有人將Delta機構簡化為平面機構Diamond，但只有兩個自由度，功能比較單一;某團隊相繼發(fā)明了四支鏈的H4、14、He 1 i4及Par4等機構，其中具有四支鏈、雙動平臺的可實現(xiàn)S C A R A運動的H 4型并聯(lián)機構成功實現(xiàn)商業(yè)化，典型的代表產品如A d e p t Quattro系列，但是該類并聯(lián)機構結構復雜且運動學特性復雜；還有人提出一種可實現(xiàn) SCARA運動的四自由度單動平臺并聯(lián)機構，結構相對簡化，但是工作空間有限，轉角較小，并且存在多個球鉸，加工難度大，精度難以保證。目前用于高速抓取作業(yè)的高速少自由度并聯(lián)機構以兩自由度、三自由度居多，往往難以滿足生產線的要求;而用于高速抓取作業(yè)的四自由度并聯(lián)機構工作空間受限，結構較為復雜，奇異位形較多。【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種四自由度并聯(lián)機構，從而能夠優(yōu)化結構、改善工作空間、擴大轉動范圍、減少奇異位形和提高定位精度。
[0004]為了解決上述已有機構存在的問題，根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種四自由度并聯(lián)機構，包括定平臺、動平臺、第一支鏈和第二支鏈，所述第一支鏈和第二支鏈分別與所述定平臺和所述動平臺連接從而形成一個空間并聯(lián)閉環(huán)機構，
[0005]所述第一支鏈和第二支鏈包括第一單元、第二單元和第一連接件，所述第一單元和所述第二單元通過所述第一連接件可轉動地連接，其中，所述第一單元與所述第一連接件組成第一機構，所述第二單元與所述第一連接件組成第二機構，以及所述第一機構可活動地連接于所述定平臺，所述第二機構可轉動地連接于所述動平臺，其中
[0006]所述第一機構在第一平面內運動并具有兩個平動自由度，所述第二機構在第二平面內運動并具有兩個平動自由度，且所述第一平面與所述第二平面相互垂直，以及
[0007]通過線性驅動所述第一機構在所述第一平面內運動，進而驅動所述第二機構在所述第二平面內運動，并進一步驅動所述動平臺運動，從而實現(xiàn)所述動平臺的三個平動自由度和一個轉動自由度。
[0008]較佳地，所述定平臺包括兩條分離導軌。
[0009]較佳地，所述兩條分離導軌相互平行。
[0010]較佳地，所述第二單元包括至少兩根連桿和第二連接件，所述兩根連桿可分別轉動地連接于所述第一連接件和所述第二連接件，所述第一單元和所述第二單元通過所述第一連接件可轉動地連接，所述第二連接件與所述動平臺可轉動地連接。
[0011]較佳地，所述第二機構包括兩根連桿、第一連接件和第二連接件，且所述第一連接件、所述第二連接件和兩根連桿形成平行四邊形機構。[0012 ]較佳地，所述平行四邊形機構含有4個轉動副。
[0013]較佳地，所述定平臺包括兩條分離導軌，所述第一單元包括連桿和滑塊，所述滑塊安裝于所述兩條分離導軌上并能夠在所述兩條分離導軌上進行線性運動，所述第一單元的連桿的一端連接于所述滑塊并能夠在所述第一平面內相對于所述滑塊轉動，所述第一單元的連桿的另一端連接于所述第一連接件并能夠在所述第一平面內相對于所述第一連接件轉動。
[0014]較佳地，所述第一單元包括至少三根連桿、第一滑塊和第二滑塊，所述三根連桿的其中兩根的一端可轉動地連接于所述第一滑塊，所述三根連桿的其中兩根的另一端可轉動地連接于所述第一連接件，所述三根連桿的另外一根的一端可轉動地連接于所述第二滑塊，以及所述三根連桿的另外兩根的另一端可轉動地連接于所述第一連接件。
[0015]較佳地，連接到所述第一滑塊的兩根連桿的轉動副軸線不重合并垂直于所述第一平面，以及連接到所述第二滑塊的連桿與連接到所述第一滑塊的連桿中的一根通過共同的轉動副連接于所述第一連接件。
[0016]較佳地，所述三根連桿的每一根的兩端均具有不同的轉動副。
[0017]較佳地，所述第一單元包括四根連桿、第一滑塊和第二滑塊，所述四根連桿的其中兩根的一端可轉動地連接于所述第一滑塊，所述四根連桿的其中兩根的另一端可轉動地連接于所述第一連接件，所述四根連桿的另外兩根的一端可轉動地連接于所述第二滑塊，以及所述四根連桿的另外兩根的另一端可轉動地連接于所述第一連接件。
[0018]較佳地，連接到相同滑塊的連桿具有不同的轉動副軸線，連接到所述第一滑塊的其中一根連桿與連接到所述第二滑塊的其中一根連桿通過共同的轉動副連接于所述第一連接件，以及連接到所述第一滑塊的另一根連桿與連接到所述第二滑塊的另一根連桿通過共同的轉動副連接于所述第一連接件。
[0019]較佳地，連接到所述第一滑塊的兩根連桿的轉動副軸線重合并垂直于所述第一平面，以及連接到所述第二滑塊的兩根連桿的轉動副軸線不重合并垂直于所述第一平面。
[0020]較佳地，所述四根連桿的每一根的兩端均具有不同的轉動副。
[0021]較佳地，所述第一單元與所述第一連接件組成兩個平行四邊形機構，且該兩個平行四邊形機構只能在所述第一平面內進行平面運動。
[0022]較佳地，所述第一單元與所述第一連接件組成兩個平行四邊形機構，且其中一個平行四邊形機構只能在所述第一平面內進行平面運動，以及另一個平行四邊形機構只能在與第一平面垂直的平面內進行平面運動。
[0023]較佳地，所述第一支鏈和第二支鏈分別含有13個運動副，所述13個運動副包括2個移動副和11個轉動副。[〇〇24]較佳地，所述第一支鏈的第一單元包括三根連桿和兩塊滑塊，以及所述第二支鏈的第一單元包括四根連桿和兩塊滑塊。
[0025]較佳地，所述第二單元包括兩根連桿和第二連接件，所述第二單元的所述兩根連桿可分別轉動地連接于所述第一連接件和所述第二連接件，并可相對于所述第一連接件和所述第二連接件在所述第二平面內運動;所述第一單元包括四根連桿、第一滑塊和第二滑塊，其中，所述四根連桿的其中兩根的一端可轉動地連接于所述第一滑塊上，所述四根連桿的其中兩根的另一端可轉動地連接于所述第一連接件上，以及所述四根連桿的另外兩根的一端可轉動地連接于所述第二滑塊上，所述四根連桿的另外兩根的另一端可轉動地連接于所述第一連接件上。
[0026]較佳地，所述定平臺包括兩條分離的第一導軌，所述第一單元包括縱向件，所述縱向件上設有第二導軌，以及所述縱向件安裝于所述第一導軌上并能夠在所述第一導軌上進行線性運動且僅僅具有一個平動自由度，所述第一連接件安裝于所述第二導軌上并能夠在所述第二導軌上進行線性運動且僅僅具有一個平動自由度，其中，所述第二導軌垂直于所述第一導軌。[〇〇27]較佳地，所述兩條分離導軌相互平行。
[0028]本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有如下突出優(yōu)點:
[0029] (1)該并聯(lián)機構可采用線性驅動方式，如利用直線電機驅動、齒輪齒條傳動驅動、 十字滑臺驅動、旋轉伺服電機加滾珠絲桿驅動等；[〇〇3〇] (2)該并聯(lián)機構若采用直線電機驅動時，每條支鏈上的兩臺直線電機可共用一個定子，有利于降低成本和實現(xiàn)輕量化；
[0031] (3)該并聯(lián)機構結構簡單，可實現(xiàn)沿導軌方向和垂直于導軌所在平面方向的快速響應，沿導軌方向的工作空間僅受導軌長度的限制，且機構轉動角度大，因而有利于增大整個并聯(lián)機構的工作空間；
[0032] (4)該并聯(lián)機構運動簡單、奇異位形少、定位精度高、動態(tài)響應好，可廣泛應用于自動化裝配、物料拾取、分揀、包裝等工業(yè)領域。
[0033] (5)該四自由度并聯(lián)機構采用“4-2-1”布置方案，不同于傳統(tǒng)的“4-1”布置方案，且該并聯(lián)機構含有平行四邊形機構，可充分發(fā)揮其平面運動的特點，運動簡單且有利于提高支撐剛度。【附圖說明】
[0034]圖1是根據(jù)本實用新型一實施例的并聯(lián)機構的立體示意圖；
[0035]圖2-4是圖1所示的并聯(lián)機構在不同狀態(tài)的立體示意圖；
[0036]圖5是根據(jù)本實用新型另一實施例的并聯(lián)機構的立體示意圖；
[0037]圖6是根據(jù)本實用新型又一實施例的并聯(lián)機構的立體示意圖；
[0038]圖7是根據(jù)本實用新型再一實施例的并聯(lián)機構的立體示意圖；以及 [0039 ]圖8-10是圖7所示的并聯(lián)機構在不同狀態(tài)的立體示意圖?！揪唧w實施方式】
[0040]以下將結合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細說明，以便更清楚地理解本實用新型的目的、特點和優(yōu)勢。應理解的是，附圖所示的實施例并不是對本實用新型范圍的限制，而只是為了說明本實用新型技術方案的實質精神。[0041 ] 術語說明:
[0042]第一平面:指的是與本文附圖坐標系中Y0Z平面平行的平面；
[0043]第二平面:指的是與本文附圖坐標系中X0Z平面平行的平面。
[0044]本實用新型的并聯(lián)機構通常包括定平臺、動平臺、第一支鏈和第二支鏈，第一支鏈和第二支鏈分別與定平臺和動平臺連接從而形成一個空間并聯(lián)閉環(huán)機構，第一支鏈和第二支鏈分別包括第一單元、第二單元和第一連接件，第一單元和第二單元通過第一連接件可轉動地連接，其中，第一單元與第一連接件組成第一機構，第二單元與第一連接件組成第二機構，以及第一機構可活動地連接于定平臺，第二機構可轉動地連接于動平臺，其中第一機構在第一平面內運動并具有兩個平動自由度，第二機構在第二平面內運動并具有兩個平動自由度，且第一平面與第二平面相互垂直，以及通過線性驅動第一機構在第一平面內運動，進而驅動第二機構在第二平面內運動，并進一步驅動動平臺運動，從而實現(xiàn)動平臺的三個平動自由度和一個轉動自由度。
[0045]下面參照圖1-4描述本實用新型的一實施例。其中，圖1是該實施例的并聯(lián)機構的立體示意圖，圖2-4是圖1所示的并聯(lián)機構在不同狀態(tài)的立體示意圖。[〇〇46]如圖1-4所示，并聯(lián)機構包括動平臺50、兩條分離導軌10、20以及第一支鏈I和第二支鏈II。第一支鏈I包括第一單元200、第二單元400和第一連接件31，其中，第一單元200與第一連接件31組成第一機構，第二單元400與第一連接件31組成第二機構，即在本實用新型中，第一連接件31既屬于第一結構，也屬于第二機構。[〇〇47] 第一單元200包括第一滑塊11、第二滑塊12,連桿21、連桿22、連桿23以及連桿24， 連桿21、22的上端連接于第一滑塊11上，連桿23、24連接于第二滑塊12上，第一滑塊11和第二滑塊12安裝于導軌10上，并可在導軌10上移動。[〇〇48] 第二單元400包括連桿41、連桿42以及第二連接件32。其中，連桿41和連桿42可轉動地連接于第一連接件31和第二連接件32上，從而連桿41、連桿42、第一連接件31和第二連接件32組成一個平行四邊形機構(即第二機構)。該平行四邊形機構具有兩個平面自由度，且只能在平行于X0Z的平面(即第二平面)內運動。雖然在本實施例中，第二單元只包括連桿41和連桿42,然而，本領域的技術人員可以理解，在第一連接件31和第二連接件32之間也可以設置多根連桿，例如3根、4根、5根等。也就是說，第二單元400并不局限于包括兩根連桿41、42的方式。當然，僅僅包括兩根連桿41、42的本實施方案是比較優(yōu)選的，因為其結構簡單且有利于降低成本。[〇〇49]第一連接件31與第一單元200的連桿21、22、23和24的下端可轉動地連接，以及第二單元400的第二連接件32可轉動地連接到動平臺50。其中，連桿21、連桿22、第一滑塊11與第一連接件31形成一個平行四邊形機構以及連桿23、連桿24、第二滑塊12與第一連接件31 形成另一個平行四邊形機構。這兩個平行四邊機構都只能在平行于Y0Z的平面(即第一平面)內運動。
[0050]在本實施例中，第一單元200的屬于不同平行四邊形機構的連桿21和連桿23共用一個轉動副與第一連接件31連接，連桿22和連桿24共用一個轉動副與第一連接件31連接。 通過這種設置，連桿21、22、23、24與第一滑塊11、第二滑塊12以及第一連接件31組成的兩個平行四邊形機構共有6個轉動副，結構簡單且有利于降低成本和實現(xiàn)輕量化。然而，本領域的技術人員可以理解，連桿21、22、23、24與第一連接件31之間的連接也可以采用其它方式， 詳細情況參見下文其它實施例的描述。[0051 ]與第一支鏈I類似，第二支鏈II包括第一單元600、第二單元800和第一連接件33， 其中，第一單元600與第一連接件33組成第一機構，第二單元800與第一連接件33組成第二機構，即在本實用新型中，第一連接件33既屬于第一機構，也屬于第二機構。[〇〇52] 第一單元600包括第一滑塊13、第二滑塊14，以及連桿25、26、27、28，其中，連桿25、 26的上端連接于第一滑塊13上，連桿27、28的上端連接于第二滑塊14上，第一滑塊13和第二滑塊14安裝于導軌20上，并可在導軌20上移動。[〇〇53] 第二單元800包括連桿43、連桿44以及第二連接件34。其中，連桿43和連桿44可分別轉動地連接于第一連接件33和第二連接件34上，從而連桿43、連桿44、第一連接件33和第二連接件34組成一個平行四邊形機構(即第二機構)。該平行四邊形機具有兩個平面自由度，且只能在平行于X0Z的平面(即第二平面)內運動。雖然在本實施例中，第二單元只包括連桿43和連桿44,然而，本領域的技術人員可以理解，在第一連接件33和第二連接件34之間也可以設置多根連桿，例如3根、4根、5根等。也就是說，第二單元800并不局限于包括兩根連桿43、44的方式。當然，僅僅包括兩根連桿43、44的本實施的方案是比較優(yōu)選的，因為其結構簡單且有利于降低成本。[〇〇54]第一連接件33與第一單元600的連桿25、26、27和28的下端可轉動地連接，以及第二連接件34可轉動地連接到動平臺50。其中，連桿25、連桿26、第一滑塊13與第一連接件33 形成一個平行四邊形機構，以及連桿27、連桿28、第二滑塊14與第一連接件33形成另一個平行四邊形機構。這兩個平行四邊機構都只能在平行于Y0Z的平面(即第一平面)內運動。 [〇〇55]在本實施例中，第一單元600的屬于不同平行四邊形機構的連桿25和連桿27共用一個轉動副與第一連接件33連接，連桿26和連桿28共用一個轉動副與第一連接件33連接。 通過這種設置，連桿25、26、27、28與第一滑塊13、第二滑塊14以及第一連接件33組成的兩個平行四邊形機構共有6個轉動副，結構簡單且有利于降低成本和實現(xiàn)輕量化。然而，本領域的技術人員可以理解，連桿25、26、27、28與第一連接件33之間的連接也可以采用其它方式，詳細情況參見下文其它實施例的描述。
[0056] 在第一支鏈I中，滑塊11、12安裝在導軌10上并可在導軌10上移動。連桿21、22的一端通過轉動副與滑塊11連接，連桿21、22的另一端通過轉動副與第一連接件31連接，連桿 23、24的一端通過轉動副與滑塊12連接，連桿23、24的另一端通過轉動副與第一連接件31連接，從而連桿21、連桿22、第一滑塊11與第一連接件31形成一個平行四邊形機構，連桿23、連桿24、第二滑塊12與第一連接件31形成另一個平行四邊形機構。連桿41、42的一端通過轉動副連接于第一連接件31，連桿41、42的另一端通過轉動副連接于第二連接件32,從而連桿 41、連桿42、第一連接件31、第二連接件32形成平行四邊形機構。第二連接件32通過轉動副連接于動平臺50。[〇〇57]與第一支鏈I類似，在第二支鏈II中，滑塊13、14安裝在導軌20上并可在導軌20上移動。連桿25、26的一端通過轉動副與滑塊13連接，連桿25、26的另一端通過轉動副與第一連接件33連接，連桿27、28的一端通過轉動副與滑塊14連接，連桿27、28的另一端通過轉動副與第一連接件33連接，從而連桿25、連桿26、第一滑塊13與第一連接件33形成一個平行四邊形機構，連桿27、連桿28、第二滑塊14與第一連接件33形成另一個平行四邊形機構。連桿 43、44的一端通過轉動副連接于第一連接件33,連桿43、43的另一端通過轉動副連接于第二連接件34，從而連桿43、連桿44、第一連接件33、第二連接件34形成平行四邊形機構。第二連接件34通過轉動副連接于動平臺50。
[0058] 對于第一支鏈I，滑塊11和滑塊12通過移動副與導軌10相連，通過轉動副與連桿 21、連桿22、連桿23和連桿24相連，其中連桿21和連桿23共用一個轉動副與第一連接件31相連，連桿22和連桿24共用一個轉動副與第一連接件31相連，連桿41和連桿42通過四個轉動副與第一連接件31和第二連接件32相連，動平臺50和第二連接件32之間通過轉動副相連。 [〇〇59]連接連桿21、連桿22、連桿23和連桿24的六個轉動副軸線均平行于X軸。連接連桿 41、連桿42與第一連接件31、第二連接件32之間的四個轉動副軸線均平行于Y軸。動平臺50 和第二連接件32之間的轉動副軸線平行于Z軸。
[0060] 在運動時，連桿21、連桿22、連桿23和連桿24始終做平行于Y0Z平面(即第一平面) 的平面運動，連桿41、連桿42和第一連接件31、第二連接件32始終做平行于X0Z平面(即第二平面)的平面運動，動平臺50在運動過程中始終平行于X0Y平面。[0061 ]第二支鏈n的情形與第一支鏈I的情形類似。連桿25、連桿26、連桿27和連桿28始終做平行于Y0Z平面(即第一平面)的平面運動，連桿43、連桿44和第一連接件33、第二連接件34始終做平行于X0Z平面(即第二平面)的平面運動。
[0062]該并聯(lián)機構可采用的其中一種驅動方式為直線電機驅動。直線電機的定子和直線導軌固定在基座上，可視為該并聯(lián)機構的定平臺，直線電機的動子可視為該并聯(lián)機構的滑塊。每臺直線電機均可單獨控制，4個相互獨立的直線電機的動子沿平行于Y軸方向的正向或反向運動，帶動該并聯(lián)機構的第一機構和第二機構運動，從而驅動動平臺50運動。[〇〇63]當兩條導軌10、20上的四個滑塊11、12、13、14沿平行于Y軸方向的正向同速運動時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于Y軸方向的正向移動；當兩條導軌10、20上的四個滑塊11、 12、13、14沿平行于Y軸方向的反向同速運動時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于Y軸方向的反向移動。[〇〇64] 如圖1所示，當導軌10上的兩個滑塊11、12和導軌20上的兩個滑塊13、14沿平行于Y 軸方向同速相互遠離時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于Z軸方向的正向移動。[〇〇65] 如圖2所示，當導軌10上的兩個滑塊11、12和導軌20上的兩個滑塊13、14沿平行于Y 軸方向同速相互靠近時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于Z軸方向的反向移動。[〇〇66] 如圖3所示，當導軌10上的兩個滑塊11、12沿平行于Y軸的方向相互遠離而導軌20 上的兩個滑塊13、14沿平行于Y軸的方向相互靠近時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于X軸方向的正向移動，以及當導軌10上的兩個滑塊11、12沿平行于Y軸的方向相互靠近而導軌20上的兩個滑塊13、14沿平行于Y軸的方向相互遠離時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于X軸方向的反向移動。[〇〇67] 如圖4所示，在運動過程中，當支鏈I上的連桿41、連桿42、第一連接件31和第二連接件32所在的平面與支鏈n上的連桿43、連桿44、第一連接件33和第二連接件34所在的平面之間的距離發(fā)生變化時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)繞平行于Z軸方向的轉動。即當?shù)谝恢ф淚的第一滑塊11和第二滑塊12沿平行于Y軸的方向正向同速運動，而第二支鏈II的第一滑塊13 和第二滑塊14沿平行于Y軸的方向反向同速運動時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)繞平行于Z軸方向的逆時針轉動(從Z軸正向看)。當?shù)谝恢ф淚的第一滑塊11和第二滑塊12沿平行于Y軸的方向反向同速運動，而第二支鏈II的第一滑塊13和第二滑塊14沿平行于Y軸的方向正向同速運動時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)繞平行于Z軸方向的順時針轉動(從Z軸正向看)。
[0068]因此，本實施例的并聯(lián)機構通過對四個主動副的獨立控制，可實現(xiàn)該并聯(lián)機構的三維移動和一維轉動。
[0069]下面參照圖5來描述本實用新型的另一實施例，圖5是根據(jù)本實用新型另一實施例的并聯(lián)機構的立體示意圖。如圖5所示，本實施例與前一實施例的主要區(qū)別在于，第一支鏈I 的第一單元200A和第二支鏈II的第一單元600A的連桿的布置方式。具體地，在本實施例中， 在第一支鏈I中，連桿21、22布置在與連桿23、24所在的平面(即第一平面)相垂直的平面內。 其中，連桿21、22的上端連接于第一滑塊11，并可繞第一滑塊11同軸轉動，轉軸垂直于連桿 23、24所在的平面(即第一平面)，以及連桿21、22的下端連接到第一連接件31A，并可繞第一連接件31A同軸轉動，轉軸垂直于連桿23、24所在的平面(即第一平面)。其中，連桿21、22的下端與連桿23或連桿24可以具有相同的轉動副，也可以具有不同的轉動副，以及連桿21、22 可以通過同一個轉動副與第一滑塊11連接，或通過不同的轉動副與第一滑塊11連接。
[0070]第二支鏈n的第一單元600A與第一支鏈I的第一單元200A情形類似。在第二支鏈 II中，連桿25、26布置在與連桿27、28所在的平面(即第一平面)相垂直的平面內。其中，連桿 25、26的上端連接到第一滑塊13,并可繞第一滑塊13同軸轉動，轉軸垂直于連桿27、28所在的平面(即第一平面)，以及連桿25、26的下端連接到第一連接件33A，并可繞第一連接件33A 同軸轉動，轉軸垂直于連桿27、28所在的平面(即第一平面)。其中，連桿25、26的下端與連桿27或連桿28可以具有相同的轉動副，也可以具有不同的轉動副，以及連桿25、26可以通過同一個轉動副與第一滑塊13連接，或通過不同的轉動副與第一滑塊13連接。本實施例的其余部分與前一實施例相同，請參照上文的相關表述，在此不再詳述。[0071 ]下面參照圖6來描述本實用新型的又一實施例，圖6是根據(jù)本實用新型又一實施例的并聯(lián)機構的立體示意圖。如圖6所示，本實施例與前述實施例的主要區(qū)別在于，第一支鏈I 的第一單元200B和第二支鏈II的第一單元600B包括的連桿的數(shù)目，在本實施例中，第一支鏈I的第一單元200B和第二支鏈II的第一單元600B都只包括三根連桿。[〇〇72]在本實施例中，第一支鏈I的第一單元200B包括連桿21、23、24。第二支鏈II的第一單元600B包括連桿25、27、28。在第一支鏈I中，連桿21的上端連接于第一滑塊11，連桿21的下端連接于第一連接件31B。連桿23、24的上端連接于第二滑塊12，連桿23、24的下端連接于第一連接件31B。連桿23、連桿24、滑塊12和第一連接件31B組成平行四邊形機構(即第一機構)。與第一支鏈I類似，在第二支鏈II中，連桿25的上端連接于第一滑塊13，連桿25的下端連接于第一連接件33B。連桿27、28的上端連接于第二滑塊14,連桿27、28的下端連接于第一連接件33B。連桿27、連桿28、滑塊14和第一連接件33B組成平行四邊形機構(即第一機構)。
[0073]與第一實施例相比，在本實施例中，由于第一單元桿件數(shù)目減少，從而有利于簡化結構、降低成本和實現(xiàn)輕量化。[〇〇74]雖然在上述各實施例中，第一單元包括三根連桿或四根連桿，然而，本領域的技術人員可以理解，第一單元還可以包括五根、六根連桿等。只要第一單元能夠在第一平面(即平行于平面Y0Z的平面)內運動并僅僅具有兩個平面自由度即可。因此，第一單元的桿件的數(shù)目不應理解為對本實用新型范圍的限制，以及當?shù)谝恢ф満?或第二支鏈的第一單元由四根連桿組成時，該四根連桿與第一連接件也可通過兩個、三個或四個轉動副連接。
[0075]下面參照圖7-10來描述本實用新型的再一實施例。其中，圖7是該實施例的并聯(lián)機構的立體示意圖，圖8-10是圖7所示的并聯(lián)機構的不同狀態(tài)的立體示意圖。本實施例與前面的實施例的區(qū)別在于第一單元的結構，由于第一單元的結構不同，因此，由第一單元與第一連接件組成的第一機構的結構也不同。
[0076]如圖7-10所示，并聯(lián)機構包括動平臺50、由第一導軌60、80組成的定平臺以及第一支鏈I和第二支鏈II。第一支鏈I包括第一單元200C、第二單元400C和第一連接件31C，第二支鏈II包括第一單元600C、第二單元800C和第一連接件33C。第一支鏈I的第一單元200C與第一連接件31C組成的第一機構和第二支鏈II的第一單元600C與第一連接件33C組成的第一機構在平行于Y0Z的平面(即第一平面)內運動并各具有兩個平動自由度，第一支鏈I的第二單元400C與第一連接件31C組成的第二機構和第二支鏈II的第二單元800C與第一連接件 33C組成的第二機構在平行于X0Z的平面(即第二平面)內運動并各具有兩個平動自由度。 [〇〇77]其中，第一支鏈I的第一單元200C包括縱向件71，縱向件71上設有第二導軌70,其中，縱向件71安裝于第一導軌60上并能夠在第一導軌60上移動且僅僅具有一個平動自由度。第二支鏈II的第一單元600C包括縱向件91，縱向件91上設有第二導軌90,其中，縱向件 91安裝于第一導軌80上并能夠在第一導軌80上移動且僅僅具有一個平動自由度。[〇〇78]本實施例中的第一支鏈I的第二單元400C以及第二支鏈II的第二單元800C與前面描述的三個實施例基本相同，在此不再贅述。安裝時，第一支鏈I的第一連接件31C安裝在第二導軌70上并能夠在第二導軌70上沿平行于Z軸的方向移動，且僅僅具有一個平動自由度。 第二支鏈II的第一連接件33C安裝在第二導軌90上并能夠在第二導軌上沿平行于Z軸的方向移動，且僅僅具有一個平動自由度。[〇〇79]對于第一支鏈I，縱向件71與第一導軌60通過移動副相連，第二導軌70和第一連接件31C通過移動副相連，連桿41和連桿42通過兩個轉動副與第一連接件31C連接，連桿41和連桿42通過兩個轉動副與第二連接件32連接，動平臺50和第二連接件32之間通過轉動副連接。其中，連桿41和連桿42與第一連接件31C和第二連接件32之間的轉動副軸線均平行于Y 軸，動平臺50和第二連接件32之間的轉動副軸線平行于Z軸，連桿41、連桿42、第一連接件 31C與第二連接件32構成的平行四邊形機構始終在平行于平面X0Z的平面(即第二平面)內運動，而縱向件71與第一連接件31C組成的第一機構始終在平行于平面Y0Z的平面(即第一平面)內運動。[〇〇8〇]第二支鏈n的情形與第一支鏈I的情形類似。在第二支鏈II中，縱向件91和第一導軌80通過移動副相連，第二導軌90和第一連接件33C通過移動副連接，連桿43和連桿44通過兩個轉動副與第一連接件33C連接，連桿43和連桿44通過兩個轉動副與第二連接件34連接， 動平臺50和第二連接件34之間通過轉動副連接。其中，連桿43和連桿44與第一連接件33C和第二連接件34之間的轉動副軸線均平行于Y軸，動平臺50和第二連接件34之間的轉動副軸線平行于Z軸，連桿43、連桿44、第一連接件33C與第二連接件34構成的平行四邊形機構始終在平行于平面X0Z的平面(即第二平面)內運動，而縱向件91與第一連接件33C組成的第一機構始終在平行于平面Y0Z的平面(即第一平面)內運動。[0081 ]第一支鏈I的縱向件71與第一連接件31C和第二支鏈II的縱向件91與第一連接件 33C均可實現(xiàn)獨立控制，并通過四個獨立輸入運動來驅動動平臺50運動。[〇〇82]如圖7所示，當?shù)谝恢ф淚的縱向件71和第二支鏈II的縱向件91分別在第一導軌60 和80上沿平行于Y軸的方向正向同速運動時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于Y軸方向的正向移動，以及當?shù)谝恢ф淚的縱向件71和第二支鏈II的縱向件91分別在第一導軌60和80上沿平行于Y軸方向的反向同速運動時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于Y軸方向的反向移動。[〇〇83] 如圖8所示，在運動過程中，當支鏈I上的連桿41、連桿42、第一連接件31C和第二連接件32所在的平面與支鏈n上的連桿43、連桿44、第一連接件33C和第二連接件34所在的平面之間的距離變化時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)繞平行于Z軸方向的轉動。也就是說，當兩縱向件 71、91沿平行于Y軸的方向同速反向運動時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)繞平行于Z軸方向的轉動。即當?shù)谝恢ф淚的縱向件71沿平行于Y軸的方向正向同速移動，而第二支鏈II的縱向件91沿平行于Y軸的方向反向同速移動，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)繞平行于Z軸方向的逆時針轉動(從Z軸正向看)。當?shù)谝恢ф淚的縱向件71沿平行于Y軸的方向反向同速移動而第二支鏈II的縱向件 91沿平行于Y軸的方向正向同速移動時，該并聯(lián)機構可實現(xiàn)繞平行于Z軸方向的順時針轉動 (從Z軸正向看)。[〇〇84]如圖9所示，當?shù)谝恢ф淚的第一連接件31C和第二支鏈II的第一連接件33C分別在第一導軌70和90上沿平行于Z軸方向的正向同向同速移動時，并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于Z 軸方向的正向移動，以及當?shù)谝恢ф淚的第一連接件31C和第二支鏈II的第一連接件33C分別在第一導軌70和90上沿平行于Z軸方向的反向同向同速運動時，并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于Z軸方向的反向移動。[〇〇85]如圖10所示，當?shù)谝恢ф淚的第一連接件31C沿平行于Z軸方向的正向移動而第二支鏈II的第一連接件33C沿平行于Z軸方向的反向移動時，并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于X軸方向的正向移動，以及當
[0086]第一支鏈I的第一連接件31C沿平行于Z軸方向的反向移動而第二支鏈II的第一連接件33C沿平行于Z軸方向的正向移動時，并聯(lián)機構可實現(xiàn)沿平行于X軸方向的反向移動。 [〇〇87]因此，通過對第一支鏈I的縱向件71和第一連接件31C與第二支鏈II的縱向件91和第一連接件33C四個主動副的獨立控制，可實現(xiàn)該并聯(lián)機構的三維移動和一維轉動。
[0088]雖然在上面各實施例中，并聯(lián)機構的第一支鏈I和第二支鏈II的結構相同，但是， 本領域的技術人員可以理解，第一支鏈I和第二支鏈II的結構可以不同，即可以將第一實施例的第一支鏈1(或第二支鏈II)與第二實施例的第二支鏈11(或第一支鏈I)組成新的并聯(lián)機構，或將第二實施例的第一支鏈I (或第二支鏈II)與第三實施例的第二支鏈II (或第一支鏈I)組成新的并聯(lián)機構，或將第一實施例的第一支鏈1(或第二支鏈II)與第三實施例的第二支鏈IK或第一支鏈I)組成新的并聯(lián)機構。[〇〇89]以上已詳細描述了本實用新型優(yōu)選的各實施例。在以上各實施例中，第一機構包括第一單元和第一連接件，第二機構包括第二單元和第一連接件，即，在以上各實施例中， 第一連接件同時屬于第一機構和第二機構。
[0090]本實用新型的四自由度并聯(lián)機構采用“4-2-1”布置方式，不同于傳統(tǒng)的“4-1”布置方案，首先，該并聯(lián)機構可采用線性驅動方式，如利用直線電機驅動、齒輪齒條傳動驅動、十字滑臺驅動、旋轉伺服電機加滾珠絲桿驅動等，當采用直線電機驅動時，每條支鏈上的兩臺直線電機可共用一個定子，有利于降低成本和實現(xiàn)輕量化。其次，該并聯(lián)機構結構簡單，可實現(xiàn)沿導軌方向和垂直于導軌所在平面方向的快速響應，沿導軌方向的工作空間僅受導軌長度的限制，且機構轉動角度大，因而有利于增大整個并聯(lián)機構的工作空間。再次，該并聯(lián)機構運動簡單、奇異位形少、定位精度高、動態(tài)響應好，可廣泛應用于自動化裝配、物料拾取、分揀、包裝等工業(yè)領域。最后，該并聯(lián)機構含有平行四邊形機構，可充分發(fā)揮其平面運動的特點，運動簡單且有利于提高支撐剛度。
[0091]以上已詳細描述了本實用新型的較佳實施例，但應理解到，在閱讀本實用新型的上述講授內容之后，本領域技術人員可以對本實用新型做各種改動或修改。這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
【主權項】
1.一種四自由度并聯(lián)機構，其特征在于，包括定平臺、動平臺、第一支鏈和第二支鏈，所 述第一支鏈和第二支鏈分別與所述定平臺和所述動平臺連接，從而形成一個空間并聯(lián)閉環(huán) 機構，所述第一支鏈和第二支鏈分別包括第一單元、第二單元和第一連接件，所述第一單元 和所述第二單元通過所述第一連接件可轉動地連接，其中，所述第一單元與所述第一連接 件組成第一機構，所述第二單元與所述第一連接件組成第二機構，以及所述第一機構可活 動地連接于所述定平臺，所述第二機構可轉動地連接于所述動平臺，其中所述第一機構在第一平面內運動并具有兩個平動自由度，所述第二機構在第二平面內 運動并具有兩個平動自由度，且所述第一平面與所述第二平面相互垂直，以及通過線性驅動所述第一機構在所述第一平面內運動，進而驅動所述第二機構在所述第 二平面內運動，并進一步驅動所述動平臺運動，從而實現(xiàn)所述動平臺的三個平動自由度和 個轉動自由度。2.根據(jù)權利要求1所述的四自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述第二單元包括至少兩根 連桿和第二連接件，所述兩根連桿可分別轉動地連接于所述第一連接件和所述第二連接 件，以及所述第二連接件與所述動平臺可轉動地連接。3.根據(jù)權利要求1-2任一項所述的四自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述定平臺包括兩 條分離導軌，所述第一單元包括連桿和滑塊，所述滑塊安裝于所述兩條分離導軌上并能夠 在所述兩條分離導軌上進行線性運動，所述第一單元的連桿的一端連接于所述滑塊并能夠 在所述第一平面內相對于所述滑塊轉動，所述第一單元的連桿的另一端連接于所述第一連 接件并能夠在所述第一平面內相對于所述第一連接件轉動。4.根據(jù)權利要求3所述的四自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述第一單元包括至少三根 連桿、第一滑塊和第二滑塊，所述三根連桿其中一根的一端可轉動地連接于所述第一滑塊， 所述三根連桿其中一根的另一端可轉動地連接于所述第一連接件，所述三根連桿的另外兩 根的一端可轉動地連接于所述第二滑塊，以及所述三根連桿的另外兩根的另一端可轉動地 連接于所述第一連接件。5.根據(jù)權利要求3任一項所述的四自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述第一單元包括四 根連桿、第一滑塊和第二滑塊，所述四根連桿的其中兩根的一端可轉動地連接于所述第一 滑塊，所述四根連桿的其中兩根的另一端可轉動地連接于所述第一連接件，所述四根連桿 的另外兩根的一端可轉動地連接于所述第二滑塊，以及所述四根連桿的另外兩根的另一端 可轉動地連接于所述第一連接件。6.根據(jù)權利要求5所述的四自由度并聯(lián)機構，其特征在于，連接到所述第一滑塊的兩根 連桿的轉動副軸線不重合并垂直于所述第一平面，連接到所述第二滑塊的兩根連桿的轉動 副軸線不重合并垂直于所述第一平面，連接到所述第一滑塊的其中一根連桿與連接到所述 第二滑塊的其中一根連桿通過共同的轉動副連接到所述第一連接件，以及連接到所述第一 滑塊的另一根連桿與連接到所述第二滑塊的另一根連桿通過共同的轉動副連接到所述第 一連接件。7.根據(jù)權利要求5所述的四自由度并聯(lián)機構，其特征在于，連接到所述第一滑塊的兩根 連桿的轉動副軸線重合并垂直于所述第一平面，以及連接到所述第二滑塊的兩根連桿的轉 動副軸線不重合并垂直于所述第一平面。8.根據(jù)權利要求1-2任一項所述的四自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述第一支鏈的第 一單元包括三根連桿和兩塊滑塊，以及所述第二支鏈的第一單元包括四根連桿和兩塊滑 塊。9.根據(jù)權利要求1-2任一項所述的四自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述定平臺包括兩 條分離的第一導軌，所述第一單元包括縱向件，所述縱向件上設有第二導軌，以及所述縱向 件安裝于所述第一導軌上并能夠在所述第一導軌上進行線性運動且僅僅具有一個平動自 由度，所述第一連接件安裝于所述第二導軌上并能夠在所述第二導軌上進行線性運動且僅 僅具有一個平動自由度，其中，所述第二導軌垂直于所述第一導軌。10.根據(jù)權利要求9所述的四自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述兩條分離導軌相互平 行。
【文檔編號】B25J9/00GK205588291SQ201620413621
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】楊桂林, 吳存存, 陳慶盈, 張馳, 金勤曉
【申請人】中國科學院寧波材料技術與工程研究所