CN108058158A - 可实现两转动两移动解耦运动的四自由度并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可实现两转动两移动解耦运动的四自由度并联机构，包括运动平台和固定平台；其技术特点在于：在所述运动平台和固定平台之间安装有四条运动支链，其中的两条运动支链由转动副‑移动副‑胡克铰组成，另外两条运动支链由球副‑移动副‑球副组成，四条运动支链的移动副为机构的驱动副。本发明机构的运动平台可实现笛卡尔坐标系下的两维移动运动和两维转动解耦运动输出，并且机构结构简单紧凑、刚度大、运动精度高。
Description
技术领域
本发明属于机器人机构和先进制造技术领域，涉及应用于并联式机床装 备的四自由度并联机构，尤其是一种可实现两转动两移动解耦运动的四自由 度并联机构。
背景技术
并联机构是一组由两个或两个以上的分支机构并联而成的机构。它的特 点是所有分支机构可同时接受驱动器输入，而最终共同给出输出，在机构学 上属于多路闭环机械系统。以并联机构作为传动进给机构的数控机床、机器 人操作机以及由此组成的制造单元统称为并联构型装备，是近年来发展起来 的一种有着广阔应用前景的新型制造装备。根据自由度的数目和类型进行分 类，四自由度并联机构可分为三移动一转动型四自由度并联机构、一移动三 转动型四自由度并联机构以及两移动两转动型四自由度并联机构。具有四自 由度的并联机构可应用到定位装置、机床附件等领域具有广阔的应用前景， 众多学者对该类机构进行了研究。
通过检索，发现一篇与本专利申请相关的公开专利文献：
一种三转动一移动四自由度对称并联机构(CN104029196B)，包括固定 基座、动平台和连接固定基座与动平台的四个结构相同的分支，其特征在于： 所述四个分支的下端分别分布在固定基座的长方形四个端点上，其上端分别 分布在动平台的正方形四个端点上；每个分支均由两个万向铰和一个移动副 组成，两个万向铰的外侧转动副分别与固定基座和动平台连接，两个万向铰 之间通过移动副连接；两个万向铰的内侧转动副相互平行，且与相应的移动 副垂直；其中，斜线相对的两个分支上端万向铰的外侧转动副轴线分别共线， 并与动平台的对角线平行，斜线相对的两个分支下端万向铰的外侧转动副轴 线分别共线，并与固定基座的对角线平行。
通过技术特征的对比，上述公开专利文献是实现三转动一移动的运动输 出的对称四自由度并联机构，与本专利申请有较大的不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、易制造安 装且传动精度和运行速度高的可实现两转动两移动解耦运动的四自由度并联 机构。
一种可实现两转动两移动解耦运动的四自由度并联机构，包括运动平台 和固定平台；在所述运动平台和固定平台之间安装有四条运动支链，其中的 两条运动支链由转动副-移动副-胡克铰组成，另外两条运动支链由球副-移动 副-球副组成，四条运动支链的移动副为机构的驱动副。
而且，所述由球副-移动副-球副组成的两条运动支链为第一条运动支链 和第三条运动支链，这两条支链结构相同且对称布置于运动平台的两端，并 通过支链两端的球副分别与固定平台和运动平台铰接；所述由转动副-移动副 -胡克铰组成的运动支链为第二条运动支链和第四条运动支链，这两条支链对 称布置且结构相同，并分别通过支链两端的转动副和虎克铰分别与固定平台、 运动平台铰接。
而且，所述第二条运动支链的转动副的转动轴线和第四条运动支链的转 动副的转动轴线相平行，且与固装在固定平台上的第一条运动支链的球副和 第三条运动支链的球副的中心连线相平行；所述第二条运动支链的胡克铰和 第四条运动支链的胡克铰均位于运动平台的几何中心位置，且所述第二条运 动支链的胡克铰的转动轴线和第四条运动支链的胡克铰的转动轴线共线；所 述固装在运动平台上的第一条运动支链的球副和第三条运动支链的球副相对 于第二条运动支链的胡克铰的转动轴线和第四条运动支链的胡克铰的转动轴 线左右对称。
而且，所述第一条运动支链的移动副、第二条运动支链的移动副、第三 条运动支链的移动副和第四条运动支链的移动副均为机构的驱动副，该驱动 副为液压缸或滚珠丝杠。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明通过铰装在运动平台和固定平台之间的有四条两两对称设置的 运动支链，可实现在笛卡尔坐标系下的两维移动运动和两维转动解耦运动输 出，并且机构结构简单紧凑、刚度大、运动精度高；由于四条运动支链采用 了对称布置的方式，可以实现机构具有较大的平移运动空间和转动运动空间。
2、本发明机构结构简单，制造、安装容易，传动精度高，成本低；且工 作空间较大，传动特性好；同时机构的运动学正、反解简单，简化了轨迹规 划、控制、校正等一系列技术问题，有利于机构在并联机床装备领域的应用。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2(a)是本发明的实施状态示意图；
图2(b)是本发明的实施状态示意图。
图中，1-运动平台，2-固定平台；S11-固装在固定平台上的第一条运动 支链的球副，P11-第一条运动支链的移动副，S12-固装在运动平台上的第一 条运动支链的球副；R21-固装在固定平台上的第二条运动支链的转动副，P21- 第二条运动支链的移动副，T21-固装在运动平台上的第二条运动支链的胡克 铰；S31-固装在固定平台上的第三条运动支链的球副，P31-第三条运动支链 的移动副，S32-固装在移动平台上的第三条运动支链的球副；R41-固装在固 定平台上的第四条运动支链的转动副，P41-第四条运动支链的移动副，T41- 固装在运动平台上的第四条运动支链的胡克铰。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种可实现两转动两移动解耦运动的四自由度并联机构，如图1、图2 (a)和图2(b)所示，包括运动平台1和固定平台2；在所述运动平台和固 定平台之间安装有四条运动支链，其中的两条运动支链由转动副-移动副-胡 克铰组成，另外两条运动支链由球副-移动副-球副组成，四条运动支链的移 动副为机构的驱动副。
所述的可实现两转动两移动解耦运动的四自由度并联机构，由球副-移动 副-球副组成的两条运动支链为第一条运动支链和第三条运动支链，这两条支 链对称布置于运动平台的两端且结构相同，并通过支链两端的球副分别与固 定平台和运动平台铰接；由转动副-移动副-胡克铰组成的运动支链为第二条 运动支链和第四条运动支链，这两条支链对称布置且结构相同，并分别通过 支链两端的转动副和虎克铰分别与固定平台、运动平台铰接。
在本实施例中，固装在运动平台上的第一条运动支链的球副S12通过第 一条运动支链的移动副P11与固装在固定平台上的第一条运动支链的球副 S11铰装在一起；
在本实施例中，固装在运动平台上的第二条运动支链的胡克铰T21通过 第二条运动支链的移动副P21与固装在固定平台上的第二条运动支链的转动 副R21铰装在一起；
在本实施例中，固装在运动平台上的第三条运动支链的球副S32通过第 三条运动支链的移动副P31与固装在固定平台上的第三条运动支链的球副 S31铰装在一起；
在本实施例中，固装在运动平台上的第四条运动支链的胡克铰T41通过 第四条运动支链的移动副P41与固装在固定平台上的第四条运动支链的转动 副R41铰装在一起；
所述第二条运动支链的转动副R21的转动轴线和第四条运动支链的转动 副R41的转动轴线相平行，且与固装在固定平台上的第一条运动支链的球副 S11和第三条运动支链的球副S31的中心连线相平行；所述第二条运动支链 的胡克铰T21和第四条运动支链的胡克铰T41均位于运动平台的几何中心位 置，且所述第二条运动支链的胡克铰T21的转动轴线和第四条运动支链的胡 克铰T41的转动轴线共线。所述固装在运动平台上的第一条运动支链的球副 S12和第三条运动支链的球副S32相对于第二条运动支链的胡克铰T21的转 动轴线和第四条运动支链的胡克铰T41的转动轴线左右对称。
所述的第一条运动支链的移动副P11、第二条运动支链的移动副P21、第 三条运动支链的移动副P31和第四条运动支链的移动副P41均为机构的驱动 副，该驱动副为液压缸或滚珠丝杠。
本发明的工作原理为：
通过改变四条运动支链中各移动副的移动距离，从而实现运动平台的两 移动两转动的解耦运动输出。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因 此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人 员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种可实现两转动两移动解耦运动的四自由度并联机构，包括运动平台和固定平台；其特征在于：在所述运动平台和固定平台之间安装有四条运动支链，其中的两条运动支链由转动副-移动副-胡克铰组成，另外两条运动支链由球副-移动副-球副组成，四条运动支链的移动副为机构的驱动副。
2.根据权利要求1所述的可实现两转动两移动解耦运动的四自由度并联机构，其特征在于：所述由球副-移动副-球副组成的两条运动支链为第一条运动支链和第三条运动支链，这两条支链结构相同且对称布置于运动平台的两端，并通过支链两端的球副分别与固定平台和运动平台铰接；所述由转动副-移动副-胡克铰组成的运动支链为第二条运动支链和第四条运动支链，这两条支链对称布置且结构相同，并分别通过支链两端的转动副和虎克铰分别与固定平台、运动平台铰接。
3.根据权利要求2所述的可实现两转动两移动解耦运动的四自由度并联机构，其特征在于：所述第二条运动支链的转动副的转动轴线和第四条运动支链的转动副的转动轴线相平行，且与固装在固定平台上的第一条运动支链的球副和第三条运动支链的球副的中心连线相平行；所述第二条运动支链的胡克铰和第四条运动支链的胡克铰均位于运动平台的几何中心位置，且所述第二条运动支链的胡克铰的转动轴线和第四条运动支链的胡克铰的转动轴线共线；所述固装在运动平台上的第一条运动支链的球副和第三条运动支链的球副相对于第二条运动支链的胡克铰的转动轴线和第四条运动支链的胡克铰的转动轴线左右对称。
4.根据权利要求2或3所述的可实现两转动两移动解耦运动的四自由度并联机构，其特征在于：所述第一条运动支链的移动副、第二条运动支链的移动副、第三条运动支链的移动副和第四条运动支链的移动副均为机构的驱动副，该驱动副为液压缸或滚珠丝杠。
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