一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接動(dòng)、靜平臺(tái)的第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈和第三主動(dòng)支鏈構(gòu)成，所述靜平臺(tái)外壁圓周方向上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌；所述第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈和第三主動(dòng)支鏈具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，均包括與環(huán)形導(dǎo)軌滑動(dòng)連接的滑塊，所述滑塊通過球鉸鏈與連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述連桿另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；本發(fā)明的全部支鏈具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，且各支鏈相對(duì)動(dòng)平臺(tái)中心軸線成120度空間對(duì)稱分布，機(jī)構(gòu)具有空間對(duì)稱結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)學(xué)性能與動(dòng)力學(xué)性能具有對(duì)稱性，機(jī)構(gòu)各支鏈由環(huán)形導(dǎo)軌、球鉸鏈和轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，結(jié)構(gòu)簡單，無過約束，可實(shí)現(xiàn)空間高速、大轉(zhuǎn)角三維轉(zhuǎn)動(dòng)。
【專利說明】 一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，尤其涉及對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，可用于星間鏈路衛(wèi)星的定位追蹤裝置，機(jī)器人肩/腕關(guān)節(jié)，微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器手等。上述應(yīng)用均要求三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，速度快，轉(zhuǎn)動(dòng)空間較大等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]目前，已提出的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)主要存在以下不足:1)結(jié)構(gòu)不具備對(duì)稱性，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能在工作空間內(nèi)不對(duì)稱。如專利⑶1015906508所述的空間三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有三個(gè)主動(dòng)支鏈，其中兩個(gè)支鏈的組成為球鉸鏈-移動(dòng)副-球鉸鏈，另一個(gè)支鏈由三個(gè)軸線相互正交的轉(zhuǎn)動(dòng)副組成。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)不具有不對(duì)稱。2)受支鏈結(jié)構(gòu)或運(yùn)動(dòng)副的限制，機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)速度較快、轉(zhuǎn)角較大的運(yùn)動(dòng)。如專利(^1021202998所述的空間三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的支鏈組成復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)。專利⑶1189288(:所述機(jī)構(gòu)由三條結(jié)構(gòu)相同的“萬向節(jié)-移動(dòng)副-圓柱副”組成，由于移動(dòng)副和圓柱副的限制，該類機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有的空間三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)不利于高速、轉(zhuǎn)角大的應(yīng)用場合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)對(duì)稱、可實(shí)現(xiàn)速度快、轉(zhuǎn)動(dòng)空間較大的對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明的一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接動(dòng)、靜平臺(tái)的第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈和第三主動(dòng)支鏈構(gòu)成，所述靜平臺(tái)外壁圓周方向上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌；
[0008]所述第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈和第三主動(dòng)支鏈具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，均包括與環(huán)形導(dǎo)軌滑動(dòng)連接的滑塊，所述滑塊通過球鉸鏈與連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述連桿另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；
[0009]靜平臺(tái)平面與動(dòng)平臺(tái)平面相互平行時(shí)作為機(jī)構(gòu)的初始位形，在初始位形下，動(dòng)平臺(tái)中心軸線與靜平臺(tái)中心軸線共線，所述第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈和第三主動(dòng)支鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)副相對(duì)動(dòng)平臺(tái)中心軸線成120度對(duì)稱分布，三條主動(dòng)支鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線共面并匯交于動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011]本發(fā)明的一種對(duì)稱性三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)全部支鏈具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，且各支鏈相對(duì)動(dòng)平臺(tái)中心軸線成120度空間對(duì)稱分布，機(jī)構(gòu)具有空間對(duì)稱結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)學(xué)性能與動(dòng)力學(xué)性能具有對(duì)稱性，機(jī)構(gòu)各支鏈由環(huán)形導(dǎo)軌、球鉸鏈和轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，結(jié)構(gòu)簡單，無過約束，可實(shí)現(xiàn)空間高速、大轉(zhuǎn)角三維轉(zhuǎn)動(dòng)，可應(yīng)用于衛(wèi)星追蹤定位，機(jī)器人肩/腕關(guān)節(jié)姿態(tài)調(diào)整等場人口。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是圖1所示的機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]附圖標(biāo)記:靜平臺(tái)1第一主動(dòng)支鏈2第二主動(dòng)支鏈3第三主動(dòng)支鏈4動(dòng)平臺(tái)5滑塊6球鉸鏈7連桿8轉(zhuǎn)動(dòng)副9動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)？靜平臺(tái)中心點(diǎn)0球鉸鏈中心點(diǎn)八靜平臺(tái)中心軸線3動(dòng)平臺(tái)中心軸線13轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0016]如附圖所示的本發(fā)明的一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它由靜平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)5和連接動(dòng)、靜平臺(tái)的第一主動(dòng)支鏈2、第二主動(dòng)支鏈3和第三主動(dòng)支鏈4構(gòu)成，所述靜平臺(tái)外壁圓周方向上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌；
[0017]所述第一主動(dòng)支鏈2、第二主動(dòng)支鏈3和第三主動(dòng)支鏈4具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，均包括與環(huán)形導(dǎo)軌滑動(dòng)連接的滑塊6，所述滑塊通過球鉸鏈7與連桿8 一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述連桿8另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副9與所述動(dòng)平臺(tái)5轉(zhuǎn)動(dòng)連接；
[0018]靜平臺(tái)平面與動(dòng)平臺(tái)平面相互平行時(shí)作為機(jī)構(gòu)的初始位形，在初始位形下，動(dòng)平臺(tái)中心軸線6與靜平臺(tái)中心軸線￡1共線，所述第一主動(dòng)支鏈2、第二主動(dòng)支鏈3和第三主動(dòng)支鏈4的轉(zhuǎn)動(dòng)副9相對(duì)動(dòng)平臺(tái)中心軸線6成120度對(duì)稱分布，三條主動(dòng)支鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線0共面并匯交于動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)？。
[0019]下面再結(jié)合每一幅圖對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說明。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由靜平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)5和連接動(dòng)、靜平臺(tái)的第一主動(dòng)支鏈2、第二主動(dòng)支鏈3和第三主動(dòng)支鏈4構(gòu)成。
[0021]在所述靜平臺(tái)1上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌，所述靜平臺(tái)1與滑塊6滑動(dòng)連接，使滑塊6沿環(huán)形軌道實(shí)現(xiàn)圓周連續(xù)移動(dòng)。
[0022]如圖2所示，所述第一主動(dòng)支鏈2、所述第二主動(dòng)支鏈3及所述第三主動(dòng)支鏈4具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，均由滑塊6、球鉸鏈7、連桿8和轉(zhuǎn)動(dòng)副9組成。所述靜平臺(tái)1與所述滑塊6滑動(dòng)配合，所述滑塊6通過所述球鉸鏈7與所述連桿8 一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述連桿8另一端通過所述轉(zhuǎn)動(dòng)副9與所述動(dòng)平臺(tái)5轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0023]通過靜平臺(tái)中心點(diǎn)0，方向?yàn)殪o平臺(tái)平面法線方向的軸線為靜平臺(tái)中心軸線~通過動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)？，方向?yàn)閯?dòng)平臺(tái)平面法線方向的軸線為動(dòng)平臺(tái)中心軸線6 ；靜平臺(tái)平面與動(dòng)平臺(tái)平面相互平行時(shí)，本發(fā)明的一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)所處的位置與姿態(tài)稱為初始位形。在初始位形下，動(dòng)平臺(tái)中心軸線6與靜平臺(tái)中心軸線3共線，所述第一主動(dòng)支鏈2、所述第二主動(dòng)支鏈3及所述第三主動(dòng)支鏈4的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線0相對(duì)動(dòng)平臺(tái)中心軸線6成120度對(duì)稱分布，且共面并匯交于動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)？。
[0024]所述環(huán)形導(dǎo)軌及滑塊6結(jié)構(gòu)上可等同于轉(zhuǎn)動(dòng)副，該等效轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線通過靜平臺(tái)中心點(diǎn)0、方向?yàn)殪o平臺(tái)中心軸線￡1 ；結(jié)合所述球鉸鏈7與所述轉(zhuǎn)動(dòng)副9，所述第一主動(dòng)支鏈2、所述第二主動(dòng)支鏈3和所述第三主動(dòng)支鏈4均具有空間三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)和兩自由度移動(dòng)能力。如圖1所示，由于所述第一主動(dòng)支鏈2、所述第二主動(dòng)支鏈3和所述第三主動(dòng)支鏈4的等效轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副9的軸線相交于動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)？，故所述三個(gè)主動(dòng)支鏈三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)的中心點(diǎn)均為動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)？，三條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線分別與靜平臺(tái)中心軸線￡1、轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線0以及球鉸鏈中心點(diǎn)八與動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)？的連線重合；如圖2所示，所述第一主動(dòng)支鏈2、所述第二主動(dòng)支鏈3和所述第三主動(dòng)支鏈4的兩自由度移動(dòng)平面的法線為球鉸鏈中心點(diǎn)八與動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)？的連線所示方向，所述三個(gè)主動(dòng)支鏈的移動(dòng)平面無共同交線，故所述主動(dòng)支鏈的兩自由度移動(dòng)能力相互抵消，所述動(dòng)平臺(tái)5可實(shí)現(xiàn)繞動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)？的空間三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。以所述第一主動(dòng)支鏈2、所述第二主動(dòng)支鏈3和所述第三主動(dòng)支鏈4內(nèi)的滑塊6為輸入驅(qū)動(dòng)，本發(fā)明的一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)空間三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。(有關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)與移動(dòng)平面的定義可詳見文獻(xiàn)“！161^6 1116 116 狀0即 0？(118^18061116111:8, 8
^1111 (1^1116111:^1 七001 111601181118111 (1681^11.16011111601^1999 ；34:719—730.，，(^61^6
翼剛體位移李子群，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)工具.機(jī)械原理1999 ^34:719-730.”)
[0025]本發(fā)明的一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副完全由環(huán)形導(dǎo)軌、轉(zhuǎn)動(dòng)副和球鉸鏈組成，上述鉸鏈相對(duì)移動(dòng)副、螺旋副及圓柱副等具有更好的高速運(yùn)行能力。除此之外，環(huán)形導(dǎo)軌與轉(zhuǎn)動(dòng)副均具有整周回轉(zhuǎn)能力，尤其環(huán)形導(dǎo)軌具有360度自轉(zhuǎn)能力，可支持支鏈大范圍轉(zhuǎn)動(dòng)。由于本專利設(shè)計(jì)的一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由空間對(duì)稱布置的三條結(jié)構(gòu)相同的主動(dòng)支鏈構(gòu)成，故本機(jī)構(gòu)是一類具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的可實(shí)現(xiàn)高速大轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0026]以上對(duì)本發(fā)明的描述僅僅是示意性的，而不是限制性的，所以，本發(fā)明的實(shí)施方式并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】。如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)范圍的情況下，做出其他變化或變型，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)稱型三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:它由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接動(dòng)、靜平臺(tái)的第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈和第三主動(dòng)支鏈構(gòu)成，所述靜平臺(tái)外壁圓周方向上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌； 所述第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈和第三主動(dòng)支鏈具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，均包括與環(huán)形導(dǎo)軌滑動(dòng)連接的滑塊，所述滑塊通過球鉸鏈與連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述連桿另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接； 靜平臺(tái)平面與動(dòng)平臺(tái)平面相互平行時(shí)作為機(jī)構(gòu)的初始位形，在初始位形下，動(dòng)平臺(tái)中心軸線與靜平臺(tái)中心軸線共線，所述第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈和第三主動(dòng)支鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)副相對(duì)動(dòng)平臺(tái)中心軸線成120度對(duì)稱分布,三條主動(dòng)支鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線共面并匯交于動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】B25J9/00GK104308834SQ201410577160
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】孫濤, 宋軼民, 齊楊 申請(qǐng)人:天津大學(xué)