專利名稱：被動鉸為虎克鉸的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于并聯(lián)機器人領(lǐng)域，特別是一種被動鉸為虎克鉸的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機構(gòu)是由多個分支鏈并行連接于固定平臺和動平臺所形成的閉環(huán)運動系統(tǒng)，其驅(qū)動電機安裝在固定平臺上，減少了運動部件的質(zhì)量。與傳統(tǒng)的串聯(lián)機構(gòu)相比，并聯(lián)機構(gòu)具有以下優(yōu)點承載能力強、剛度質(zhì)量比高、誤差小、易于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、高速運動、模塊化設(shè)計。二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)屬于少自由度并聯(lián)機構(gòu)中的一種，由于運動自由度少，需要約束的自由度多，使得運動支鏈的設(shè)計比較困難。目前出現(xiàn)的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)多 采用平行四邊形機構(gòu)來實現(xiàn)，從結(jié)構(gòu)的布置上看，這種機構(gòu)可分為兩類。一類是平行四邊形機構(gòu)交叉布置，如CN101804629A ;另一類是平行四邊形機構(gòu)不交叉布置，如CN1589191A、CN1715009A、CN1628939A、CN2693426Y 和 CN2741730Y。除了以上平行四邊形機構(gòu)外，CN101161428A提出了一種含被動約束支鏈的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，該機構(gòu)通過伸縮桿連接一個被動移動副完成二自由度平移運動；CN1715009A提出的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)通過四個移動副形成約束，其中兩個主動移動副軸線垂直布置，從動移動副的軸線也垂直布置，實現(xiàn)無條件解耦運動?？傊?，以上所提到的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)具有一個共同的特點，就是所含的轉(zhuǎn)動副軸線都垂直于運動平面，移動副軸線都在運動平面內(nèi)，因此這些機構(gòu)在垂直于運動平面方向的剛度(側(cè)向剛度)不高。在實際工作過程中，二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)所承受的載荷都是空間的，也就是說動平臺的各個方向都受到外載荷的作用，因此這些機構(gòu)不能滿足運動過程中對側(cè)向剛度的要求。為了改善二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)的側(cè)向剛度，CN101224578A、CN101224577A提出的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)通過虎克鉸的布置形成空間約束，改善了支鏈的受力狀況，提高了機構(gòu)的側(cè)向承載能力及剛度，但是存在過約束，結(jié)構(gòu)比較復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、側(cè)向剛度高的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)，該機構(gòu)采用虎克鉸作為被動鉸，改善了機構(gòu)的受力狀況，提高了機構(gòu)的剛度，尤其是側(cè)向剛度。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種被動鉸為虎克鉸的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，包括運動平臺、固定平臺和第一、二對導軌，以及并聯(lián)連接在固定平臺與運動平臺之間的兩條運動支鏈；固定平臺保持不動，第一、二對導軌設(shè)置在固定平臺上，第一對導軌上設(shè)置第一運動滑塊，第二對導軌上設(shè)置第二運動滑塊，該兩條運動支鏈中第一條運動支鏈為復合支鏈，該第一條運動支鏈由兩個子約束支鏈分別與第一運動滑塊串聯(lián)連接而成，該兩個子約束支鏈并聯(lián)連接在運動平臺和第一運動滑塊之間，其中一個子約束支鏈在第一對導軌軸線一側(cè)設(shè)置，另一個子約束支鏈設(shè)置在第一對導軌軸線的另一側(cè)；第二條運動支鏈為單支鏈或復合支鏈，第二條運動支鏈的單支鏈由一個子約束支鏈和第二運動滑塊串聯(lián)連接而成，該子約束支鏈連接在運動平臺和第二運動滑塊之間，或者第二條運動支鏈的復合支鏈由兩個子約束支鏈分別與第二運動滑塊串聯(lián)連接而成，該兩個子約束支鏈并聯(lián)連接在運動平臺和第二運動滑塊之間，其中一個子約束支鏈在第二對導軌軸線一側(cè)設(shè)置，另一個子約束支鏈設(shè)置在第二對導軌軸線的另一側(cè)；所述的每個子約束支鏈分別由虎克鉸、連桿、虎克鉸串聯(lián)組成，運動平臺、運動滑塊與子約束支鏈中的虎克鉸連接，子約束支鏈中與連桿兩端相連的虎克鉸的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點本發(fā)明的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)沒有采用平行四邊形結(jié)構(gòu)，而是通過虎克鉸的運動約束及其軸線的交錯布置，形成空間約束來實現(xiàn)二自由度的平移運動，不僅能提高機構(gòu)的側(cè)向剛度，而且減少了機構(gòu)約束支鏈的數(shù)量。該機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、側(cè)向剛度高、易于控制及制造成本低等優(yōu)點。 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖I為本發(fā)明實施例I的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)總結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實施例2的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)總結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實施例3的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)總結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實施例4的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)總結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式結(jié)合圖1，本發(fā)明被動鉸為虎克鉸的二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，包括運動平臺7、固定平臺I和第一、二對導軌21、22，以及并聯(lián)連接在固定平臺I與運動平臺7之間的兩條運動支鏈。固定平臺I保持不動，第一、二對導軌21、22設(shè)置在固定平臺I上，第一對導軌21上設(shè)置第一運動滑塊31，第二對導軌22上設(shè)置第二運動滑塊32 ;該兩條運動支鏈中第一條運動支鏈為復合支鏈，該第一條運動支鏈的復合支鏈由兩個子約束支鏈分別與第一運動滑塊31串聯(lián)連接而成，該兩個子約束支鏈并聯(lián)連接在運動平臺7和第一運動滑塊31之間，其中一個子約束支鏈在第一對導軌21軸線一側(cè)設(shè)置，另一個子約束支鏈設(shè)置在第一對導軌21軸線的另一側(cè)；第二條運動支鏈為單支鏈或復合支鏈，第二條運動支鏈的單支鏈由一個子約束支鏈和第二運動滑塊32串聯(lián)連接而成，該子約束支鏈連接在運動平臺7和第二運動滑塊32之間，或者第二條運動支鏈的復合支鏈由兩個子約束支鏈分別與第二運動滑塊32串聯(lián)連接而成，該兩個子約束支鏈并聯(lián)連接在運動平臺7和第二運動滑塊32之間，其中一個子約束支鏈在第二對導軌22軸線一側(cè)設(shè)置，另一個子約束支鏈設(shè)置在第二對導軌22軸線的另一側(cè)；所述的每個子約束支鏈分別由虎克鉸、連桿、虎克鉸串聯(lián)組成，運動平臺7、運動滑塊與子約束支鏈中的虎克鉸連接，子約束支鏈中與連桿兩端相連的虎克鉸的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。本發(fā)明的復合支鏈中連桿的長度相等，與運動滑塊相連的兩個虎克鉸的轉(zhuǎn)動副軸線相交于一點，與運動平臺7相連的兩個虎克鉸的轉(zhuǎn)動副軸線也相交于一點；復合支鏈中與運動平臺7相連的兩虎克鉸的中心點之間的距離小于與運動滑塊相連的兩虎克鉸的中心點之間的距離。本發(fā)明設(shè)置在固定平臺I上的第一、二對導軌21、22的軸線重合或平行布置，通過驅(qū)動第一、二運動滑塊31、32可使運動平臺7實現(xiàn)二自由度平移運動。實施例I
本發(fā)明二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)的總結(jié)構(gòu)如圖I所示，除了具有上述結(jié)構(gòu)特點外，第一條運動支鏈的復合支鏈包括第一運動滑塊31、第一、第二子約束支鏈，該第一、第二子約束支鏈并接于該第一運動滑塊31和運動平臺7之間，第二條運動支鏈的單支鏈包括第二運動滑塊32和第三子約束支鏈，第一運動滑塊31設(shè)置在第一導軌21，第二運動滑塊32設(shè)置在第二導軌22上；所述的第一子約束支鏈由第一虎克鉸41、第一連桿51與第四虎克鉸61串聯(lián)連接而成，所述的第二子約束支鏈由第二虎克鉸42、第二連桿52和第五虎克鉸62串聯(lián)連接而成；第一子約束支鏈和第二子支鏈并聯(lián)連接在第一運動滑塊31和運動平臺7之間，分別通過第一、二虎克鉸41、42與第一運動滑塊31連接，分別通過第四、第五虎克鉸61、62與運動平臺7連接；第一子約束支鏈和第二子支鏈設(shè)置在第一導軌21軸線兩側(cè)，兩子支鏈 中的第一連桿51和第二連桿52等長；所述的第三子約束支鏈分別由第三虎克鉸43、第三連桿53和第六虎克鉸63串聯(lián)連接而成，第三子約束支鏈分別通過第三、六虎克鉸43、63與第二運動滑塊32和運動平臺7相連接，分別與第一、二、三連桿51、52、53兩端相連的第一、二、三、四、五、六虎克鉸41、61、42、62、43、63轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。在第一子約束支鏈和第二子約束支鏈中，與第一運動滑塊31相連的第一、二虎克鉸41、42的轉(zhuǎn)動副軸線相交于一點，與運動平臺7相連的第四、五虎克鉸61、62的轉(zhuǎn)動副軸線也相交于一點；與運動平臺7相連的第五、六兩虎克鉸62、63的中心之間的距離小于與第二運動滑塊32相連的第二、三虎克鉸42、43的中心之間的距離，當驅(qū)動第一、二運動滑塊31、32時，運動平臺7可作兩自由度平面平移運動。設(shè)置在定平臺I上的第一、二對導軌21、22的軸線重合，因此第一、二運動滑塊31、32的運動方向重合。實施例2
本發(fā)明二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)的總結(jié)構(gòu)如圖2所示，除了具有實施例I的特點外，設(shè)置在固定平臺I上的第一、二對導軌21、22的軸線平行布置，因此第一、二運動滑塊31、32的運動方向相互平行。實施例3
本發(fā)明二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)的總結(jié)構(gòu)如圖3所示，該機構(gòu)與實施例I機構(gòu)的區(qū)別在于并聯(lián)連接固定平臺I和動平臺7的兩條運動支鏈都是復合支鏈，該兩條復合支鏈的結(jié)構(gòu)布置方式與實施例I的復合支鏈完全相同，其中由第三虎克鉸43、第三連桿53和第六虎克鉸63串聯(lián)連接的子支鏈相當于實施例I中復合支鏈的第二子約束支鏈，由第四虎克鉸44、第四連桿54和第七虎克鉸64串聯(lián)連接的子支鏈相當于實施例I中復合支鏈的第一子約束支鏈。實施例4
本發(fā)明二自由度平動并聯(lián)機構(gòu)的總結(jié)構(gòu)如圖4所示，其結(jié)構(gòu)與實施例3機構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，唯一不同的是第一、二對導軌21、22的布置方式,第一、二對導軌21、22的軸線平行布置在固定平臺I上。
權(quán)利要求
1.一種被動鉸為虎克鉸的ニ自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于包括運動平臺(7)、固定平臺(I)和第一、ニ對導軌(21、22)，以及并聯(lián)連接在固定平臺(I)與運動平臺(7)之間的兩條運動支鏈；固定平臺(I)保持不動，第一、ニ對導軌(21、22)設(shè)置在固定平臺(I)上，第一對導軌(21)上設(shè)置第一運動滑塊(31)，第二對導軌(22)上設(shè)置第二運動滑塊(32)，該兩條運動支鏈中第一條運動支鏈為復合支鏈，該第一條運動支鏈由兩個子約束支鏈分別與第一運動滑塊(31)串聯(lián)連接而成，該兩個子約束支鏈并聯(lián)連接在運動平臺(7)和第一運動滑塊(31)之間，其中一個子約束支鏈在第一對導軌(21)軸線ー側(cè)設(shè)置，另ー個子約束支鏈設(shè)置在第一對導軌(21)軸線的另ー側(cè)；第二條運動支鏈為單支鏈或復合支鏈，第二條運動支鏈的單支鏈由ー個子約束支鏈和第二運動滑塊(32)串聯(lián)連接而成，該子約束支鏈連接在運動平臺(7)和第二運動滑塊(3 2)之間，或者第二條運動支鏈的復合支鏈由兩個子約束支鏈分別與第二運動滑塊(32 )串聯(lián)連接而成，該兩個子約束支鏈并聯(lián)連接在運動平臺(7 )和第二運動滑塊(32)之間，其中一個子約束支鏈在第二對導軌(22)軸線ー側(cè)設(shè)置，另ー個子約束支鏈設(shè)置在第二對導軌(22)軸線的另ー側(cè)；所述的每個子約束支鏈分別由虎克鉸、連桿、虎克鉸串聯(lián)組成，運動平臺(7)、運動滑塊與子約束支鏈中的虎克鉸連接，子約束支鏈中與連桿兩端相連的虎克鉸的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的被動鉸為虎克鉸的ニ自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于復合支鏈中連桿的長度相等，與運動滑塊相連的兩個虎克鉸的轉(zhuǎn)動副軸線相交于一點，與運動平臺(7)相連的兩個虎克鉸的轉(zhuǎn)動副軸線也相交于一點；復合支鏈中與運動平臺(7)相連的兩虎克鉸的中心點之間的距離小于與運動滑塊相連的兩虎克鉸的中心點之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的被動鉸為虎克鉸的ニ自由度平動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于設(shè)置在固定平臺(I)上的第一、ニ對導軌(21、22)的軸線重合或平行布置，通過驅(qū)動第一、ニ運動滑塊(31、32 )可使運動平臺(7 )實現(xiàn)ニ自由度平移運動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種被動鉸為虎克鉸的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)。該并聯(lián)機器人機構(gòu)由運動平臺、固定平臺和兩對導軌，以及并聯(lián)連接在固定平臺與運動平臺之間的兩條運動支鏈組成；每條運動支鏈由一條或兩條子約束支鏈與運動滑塊串聯(lián)連接而成，而運動滑塊直接與導軌相連，每個子約束支鏈分別由虎克鉸、連桿和虎克鉸串接而成且并聯(lián)連接在運動平臺和運動滑塊之間。本發(fā)明的二自由度平移運動并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，無過約束結(jié)構(gòu)；同時被動鉸為虎克鉸，改善了連桿的受力狀態(tài)，提高了該機構(gòu)的側(cè)向剛度。
文檔編號B25J9/00GK102848376SQ201210355720
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者彭斌彬, 李增明, 孫宇, 武凱, 王栓虎, 丁武學 申請人:南京理工大學