專利名稱：一種二自由度平動過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人機(jī)構(gòu)，特別是涉及一種二自由度平動過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
少自由度并聯(lián)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉和控制容易等優(yōu)勢，在食品、醫(yī)藥、 電子以及其他輕工行業(yè)中廣泛用于抓放和裝箱的操作環(huán)節(jié)中，有很好的應(yīng)用前景。專利文獻(xiàn)CN1355087A公開了一種僅含有轉(zhuǎn)動副的二自由度平動并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、動平臺和兩對各含有兩個平行四邊形機(jī)構(gòu)的支鏈。專利文獻(xiàn)CN101642907A公開了一種二自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括基座，動平臺以及分別連接基座和動平臺的兩條主動支鏈和一條被動支鏈。上述機(jī)構(gòu)的局限性在于前者的兩支鏈處于同一平面，即機(jī)構(gòu)的運(yùn)動平面，機(jī)構(gòu)垂直于該平面方向的剛度較差，不利于機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定。后者雖然采用了第一條被動支鏈，但該支鏈只能起姿態(tài)保持作用，不提供垂直運(yùn)動平面的約束反力，側(cè)向剛度較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種側(cè)向剛度好，設(shè)計巧妙的二自由度平動過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種二自由度平動過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架、驅(qū)動裝置、動平臺以及連接在所述固定架和所述動平臺之間的四條支鏈，每一條支鏈均包括一近架桿和與其相連的兩個平行且等長的遠(yuǎn)架桿，所述驅(qū)動裝置安裝在所述固定架上，所述四條支鏈由相對布置的第一主動鏈和第二主動鏈以及相對布置的第一被動鏈和第二被動鏈組成；所述第一主動鏈和第二主動鏈結(jié)構(gòu)相同，它們的近架桿各由一所述驅(qū)動裝置驅(qū)動，且它們的活動平面為同一平面或兩個平行平面；所述第一被動鏈和所述第二被動鏈結(jié)構(gòu)相同并呈面對稱布置，所述第一被動鏈和所述第二被動鏈的活動平面分別與所述第一主動鏈和所述第二主動鏈的活動平面相交；所述第一被動鏈和所述第二被動鏈通過連接在它們近架桿之間的反向等比傳動裝置連接。所述第一被動鏈和所述第二被動鏈近架桿的一端分別與所述固定架轉(zhuǎn)動連接，另一端分別通過兩個球鉸鏈與相應(yīng)被動鏈兩個遠(yuǎn)架桿的一端連接，所述第一被動鏈和所述第二被動鏈兩個遠(yuǎn)架桿的另一端分別通過兩個球鉸鏈和所述動平臺連接，并且每條被動鏈近架桿上的兩個球鉸鏈與動平臺上與其對應(yīng)的兩個球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等。所述第一主動鏈和所述第二主動鏈兩個遠(yuǎn)架桿的兩端分別通過兩個球鉸鏈與相應(yīng)主動鏈近架桿和所述動平臺連接，并且每條主動鏈近架桿上的兩個球鉸鏈與動平臺上與其相應(yīng)的兩個球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等；在所述第一主動鏈和所述第二主動鏈兩個遠(yuǎn)架桿之間添加有與它們垂直固接的多個約束桿。所述第一主動鏈和所述第二主動鏈兩個遠(yuǎn)架桿的兩端分別與與其相應(yīng)的主動鏈近架桿和所述動平臺通過轉(zhuǎn)動副連接，并且每條主動鏈近架桿上的轉(zhuǎn)動副軸線與動平臺上與其相應(yīng)的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。所述反向等比傳動裝置為外嚙合齒輪組傳動機(jī)構(gòu)、交叉皮帶輪傳動機(jī)構(gòu)和齒形帶傳動機(jī)構(gòu)中的任意一種。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是兩個被動支鏈通過近架桿上的反向等比傳動裝置實現(xiàn)了對動平臺的姿態(tài)約束和側(cè)向運(yùn)動的過約束，大大提高了機(jī)構(gòu)的側(cè)向剛度和動平臺的姿態(tài)保持能力，便于實現(xiàn)高速、高加速度運(yùn)動，同時亦可改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度，為此類機(jī)器人在實際應(yīng)用中發(fā)揮更好的運(yùn)動特性提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明某一角度的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、第一主動鏈，2、第二主動鏈，3、第一被動鏈，4、第二被動鏈，5、固定架，6a、 6b、驅(qū)動裝置，7a d、近架桿，8a、8b、齒輪，9a、9b、遠(yuǎn)架桿，10、約束桿，11、動平臺，12、吸
ο
具體實施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下請參閱圖1 圖2，一種二自由度平動過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架5、動平臺11 以及連接在固定架5和動平臺11之間的四條支鏈，每一條支鏈均包括一近架桿和與其相連的兩個平行且等長的遠(yuǎn)架桿9a、9b。驅(qū)動裝置6a、6b安裝在固定架5上，四條支鏈由第一主動鏈1，第二主動鏈2，第一被動鏈3和第二被動鏈4組成；相對布置的第一主動鏈1和第二主動鏈2結(jié)構(gòu)相同，活動平面為同一平面或兩個平行平面，第一主動鏈1和第二主動鏈2的近架桿7a、7b分別與相應(yīng)的驅(qū)動裝置eajb連接。相對布置的第一被動鏈3和第二被動鏈4結(jié)構(gòu)相同并呈面對稱布置，第一被動鏈3 和第二被動鏈4的活動平面分別與第一主動鏈1和第二主動鏈2的活動平面相交；第一被動鏈3和第二被動鏈4近架桿7c、7d的一端分別與固定架5轉(zhuǎn)動連接，第一被動鏈3和第二被動鏈4通過固接在它們近架桿7c、7d之間的齒輪8a、8b相互嚙合傳動實現(xiàn)耦合運(yùn)動， 保證其對動平臺11姿態(tài)的約束和沿垂直動平臺活動平面方向的過約束作用。第一被動鏈 3和第二被動鏈4的兩個遠(yuǎn)架桿9a、9b的兩端分別通過兩個球鉸鏈與相應(yīng)被動鏈近架桿的另一端、與動平臺11連接，并且被動鏈近架桿7c、7d上的兩個球鉸鏈的中心連線與動平臺 11上與其對應(yīng)的兩個球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等。第一主動鏈1和第二主動鏈2兩個遠(yuǎn)架桿的兩端分別通過兩個球鉸鏈與相應(yīng)主動鏈的近架桿和動平臺連接，并且主動鏈近架桿7a、7b上的兩個球鉸鏈的中心連線與動平臺上與其相應(yīng)的兩個球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等。在此基礎(chǔ)上，第一主動鏈1和第二主動鏈2的兩個遠(yuǎn)架桿9c、9d之間分別添加多個約束桿10，約束桿10垂直固接在兩個遠(yuǎn)架桿9c、9d之間，使每條主動鏈的兩個遠(yuǎn)架桿只能做繞端部兩球鉸鏈中心連線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。根據(jù)實際工作需要，在動平臺上安裝手爪或吸盤12等末端執(zhí)行器。
在第一和第二主動鏈的約束下，動平臺11在其活動平面內(nèi)有兩個移動自由度，和一個繞垂直于該活動平面軸線的旋轉(zhuǎn)自由度，第一和第二被動鏈約束動平臺的上述旋轉(zhuǎn)自由度，保證動平臺只有平動自由度。第一和第二被動鏈通過固接在近架桿之間的傳動裝置實現(xiàn)耦合運(yùn)動，提供沿垂直活動平面方向的過約束作用。上述第一和第二被動鏈之間的反向等比傳動的機(jī)構(gòu)，可以是外嚙合齒輪組傳動機(jī)構(gòu)、交叉皮帶輪傳動機(jī)構(gòu)或齒形帶傳動機(jī)構(gòu)，還可以是其他符合反向等比傳動的機(jī)構(gòu)。另外，第一主動鏈1和第二主動鏈2的兩個遠(yuǎn)架桿并不限于上述結(jié)構(gòu)，也可以采用如下結(jié)構(gòu)第一主動鏈1和第二主動鏈2的兩個遠(yuǎn)架桿之間不加約束桿，兩個遠(yuǎn)架桿的兩端分別與與其對應(yīng)的主動鏈近架桿和動平臺直接通過轉(zhuǎn)動副連接，并且每條主動鏈近架桿上的轉(zhuǎn)動副軸線與動平臺11上與其相應(yīng)的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其不同點在于1)采用兩被動鏈對動平臺進(jìn)行冗余約束，使其姿態(tài)保持能力增強(qiáng)。2)兩被動鏈通過近架桿上的反向等比傳動裝置實現(xiàn)了相互耦合作用，為機(jī)構(gòu)提供垂直運(yùn)動平面的約束反力，提高側(cè)向剛度。3)兩被動鏈之間傳動裝置可以選用外嚙合齒輪，交叉齒形帶等常見的傳動裝置， 制造方便，性能穩(wěn)定。該發(fā)明設(shè)計巧妙獨特，結(jié)構(gòu)緊湊，且剛性和穩(wěn)定性好，運(yùn)動靈活，受力均勻，精度較高，使用壽命長，便于實現(xiàn)高速、高加速度運(yùn)動。盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種二自由度平動過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架、驅(qū)動裝置、動平臺以及連接在所述固定架和所述動平臺之間的四條支鏈，每一條支鏈均包括一近架桿和與其相連的兩個平行且等長的遠(yuǎn)架桿，所述驅(qū)動裝置安裝在所述固定架上，其特征在于所述四條支鏈由相對布置的第一主動鏈和第二主動鏈以及相對布置的第一被動鏈和第二被動鏈組成；所述第一主動鏈和第二主動鏈結(jié)構(gòu)相同，它們的近架桿各由一所述驅(qū)動裝置驅(qū)動，且它們的活動平面為同一平面或兩個平行平面；所述第一被動鏈和所述第二被動鏈結(jié)構(gòu)相同并呈面對稱布置，所述第一被動鏈和所述第二被動鏈的活動平面分別與所述第一主動鏈和所述第二主動鏈的活動平面相交；所述第一被動鏈和所述第二被動鏈通過連接在它們近架桿之間的反向等比傳動裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度平動過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一被動鏈和所述第二被動鏈近架桿的一端分別與所述固定架轉(zhuǎn)動連接，另一端分別通過兩個球鉸鏈與相應(yīng)被動鏈兩個遠(yuǎn)架桿的一端連接，所述第一被動鏈和所述第二被動鏈兩個遠(yuǎn)架桿的另一端分別通過兩個球鉸鏈和所述動平臺連接，并且每條被動鏈近架桿上的兩個球鉸鏈與動平臺上與其相應(yīng)的兩個球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二自由度平動過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一主動鏈和所述第二主動鏈兩個遠(yuǎn)架桿的兩端分別通過兩個球鉸鏈與相應(yīng)主動鏈近架桿和所述動平臺連接，并且每條主動鏈近架桿上的兩個球鉸鏈與動平臺上與其相應(yīng)的兩個球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等；在所述第一主動鏈和所述第二主動鏈兩個遠(yuǎn)架桿之間添加有與它們垂直固接的多個約束桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二自由度平動過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一主動鏈和所述第二主動鏈兩個遠(yuǎn)架桿的兩端分別與與其對應(yīng)的主動鏈近架桿和所述動平臺通過轉(zhuǎn)動副連接，并且每條主動鏈近架桿上的轉(zhuǎn)動副軸線與動平臺上與其相應(yīng)的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度平動過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述反向等比傳動裝置為外嚙合齒輪組傳動機(jī)構(gòu)、交叉皮帶輪傳動機(jī)構(gòu)和齒形帶傳動機(jī)構(gòu)中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二自由度平動過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架、驅(qū)動裝置、動平臺以及連接在所述固定架和所述動平臺之間的四條支鏈，所述四條支鏈由相對布置的第一主動鏈和第二主動鏈以及相對布置的第一被動鏈和第二被動鏈組成；所述第一主動鏈和第二主動鏈結(jié)構(gòu)相同，它們的近架桿各由一所述驅(qū)動裝置驅(qū)動，且它們的活動平面為同一平面或兩個平行平面；所述第一被動鏈和所述第二被動鏈結(jié)構(gòu)相同并呈面對稱布置，所述第一被動鏈和所述第二被動鏈的活動平面分別與所述第一主動鏈和所述第二主動鏈的活動平面相交；所述第一被動鏈和所述第二被動鏈通過連接在它們近架桿之間的反向等比傳動裝置連接。本發(fā)明側(cè)向剛度好，設(shè)計巧妙。
文檔編號B25J9/08GK102554916SQ201210006520
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者倪雁冰, 劉松濤, 梅江平, 汪滿新, 白普俊, 趙學(xué)滿, 黃田 申請人:天津大學(xué)