專利名稱：具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)的興起，并聯(lián)機(jī)構(gòu)在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、醫(yī)科手術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣，主要原因是并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度高、承載能力強、動態(tài)性能好、誤差累積小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。目前，應(yīng)用最廣泛的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度為三自由度或六自由度，研究并應(yīng)用四自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)很少，且公開發(fā)表的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)大多數(shù)實現(xiàn)的是三維平動和一維轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)非常少。驅(qū)動裝置大多數(shù)采用的是各支鏈中的移動副，增加了傳動轉(zhuǎn)換裝置，降低了整體機(jī)構(gòu)的剛度，并且驅(qū)動電機(jī)安裝在各支鏈上，增加了整體機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用轉(zhuǎn)動副驅(qū)動裝置，并將驅(qū)動電機(jī)安裝在固定架上，克服了上述提到的現(xiàn)有四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在的問題。如上構(gòu)思，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括定平臺和動平臺，其特征在于定平臺和動平臺之間連接四條支路，第一條支路和第三條支路的連接組合方式相同，各桿件之間依次通過第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副和球鉸鏈將定平臺與動平臺連接起來；第二條支路和第四條支路的連接組合方式相同，各桿件之間依次通過第一轉(zhuǎn)動副、萬向鉸和球鉸鏈將定平臺與動平臺連接起來；動平臺底部裝有可驅(qū)動動平臺垂直旋轉(zhuǎn)的可裝卸的電機(jī)。上述第一條支路和第三條支路為約束支路，均由上、下兩個連桿連接組成，其中下連桿的一端通過第一轉(zhuǎn)動副和定平臺相連，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副和上連桿的一端相連， 上連桿的另一端通過球鉸鏈和動平臺相連。上述第二條支路和第四條支路為非約束支路，均由上、下兩個連桿連接組成，其中下連桿的一端通過轉(zhuǎn)動副和定平臺相連，另一端通過萬向鉸和上連桿的一端相連，上連桿的另一端通過球鉸鏈和動平臺相連。上述第二條支路和第四條支路關(guān)于第一條支路和第三條支路組成的平面對稱；第一條支路和第三條支路關(guān)于第二條支路和第四條支路組成的平面對稱。上述四條支路中作為整個機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置的四個第一轉(zhuǎn)動副均勻的分布在定平臺的四周，并分別與四個驅(qū)動電機(jī)連接。上述第一條支路中轉(zhuǎn)動副的軸線(la，lb)和第三條支路中轉(zhuǎn)動副的軸線(3a，3b) 相互平行；第二條支路中轉(zhuǎn)動副的軸線Oa)和第四條支路中轉(zhuǎn)動副的軸線Ga)相互平行且正交于第一、第三支路中的轉(zhuǎn)動副軸線。上述第二條支路中萬向鉸的軸線Ob)分別與轉(zhuǎn)動副軸線Oa)及萬向鉸的另一軸線Oc)正交；第四條支路中萬向鉸的軸線Gb)分別與轉(zhuǎn)動副軸線Ga)及萬向鉸的另一軸線(4c)正交。上述四條支路與動平臺連接的球鉸鏈用三個等效的轉(zhuǎn)動副來替代，其中，球鉸鏈的一條軸線與各支路連桿的軸線平行；球鉸鏈的一條軸線在動平臺平面內(nèi)，且均勻分布在動平臺的四個周邊上；球鉸鏈的另一軸線分別垂直于各自的前兩個軸線組成的平面。上述動平臺上安裝有刀具裝夾裝置。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點和積極效果1、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于制造及安裝。2、本發(fā)明構(gòu)件種類少、裝配簡單且驅(qū)動裝置簡單且易于控制。3、本發(fā)明整體轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)運動特性好。4、本發(fā)明可使動平臺具有兩維移動和兩維轉(zhuǎn)動的輸出。如有需要，配合動平臺下端面的可裝卸的電機(jī)，使動平臺上的刀具增加一維轉(zhuǎn)動輸出。


圖1為本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三維等軸側(cè)視圖；圖2為本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)的主視圖；圖3為本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖。圖中1.第一條支路，2.第二條支路，3.第三條支路，4.第四條支路，5.動平臺， 6.刀具裝夾裝置，7.可選擇電機(jī)，8.定平臺，A.萬向鉸，C.等效球鉸鏈，11.第一條支路的下連桿，12.第一條支路的上連桿，21.第二條支路的下連桿，22.第二條支路的上連桿， 31.第三條支路的下連桿，32.第三條支路的上連桿，41.第四條支路的下連桿，42.第四條支路的上連桿，la.支鏈一的第一轉(zhuǎn)動副的軸線，2a.支鏈二的轉(zhuǎn)動副軸線，3a.支鏈三的第一轉(zhuǎn)動副軸線，4a.支鏈四的轉(zhuǎn)動副軸線，lb.支鏈一的第二轉(zhuǎn)動副軸線，2b.支鏈二萬向鉸的第一軸線，3b.支鏈三的第二轉(zhuǎn)動副軸線，4b.支鏈四萬向鉸的第一軸線，2c.支鏈二萬向鉸的第二軸線，4c支鏈四萬向鉸的第二軸線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的解說。如圖一所示，本發(fā)明的一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括定平臺(8)，動平臺(5)，連接定平臺與動平臺的第一條支路(1)，第二條支路O)，第三條支路(3)，第四條支路G)，安裝在動平臺上端面的刀具裝夾裝置(6)及安裝在動平臺下表面的可裝卸的電機(jī)(7)。所述的第一條支路(1)和第三條支路C3)具有相同的連接方式；所述的第二條支路( 和第四條支路(4)具有相同的連接方式。第二條支路( 和第四條支路(4)關(guān)于第一條支路(1)和第三條支路C3)組成的平面對稱；第一條支路(1)和第三條支路C3)關(guān)于第二條支路( 和第四條支路(4)組成的平面對稱。在本機(jī)構(gòu)中，第一條支路(1)中的連桿(11) 一端通過第一轉(zhuǎn)動副和定平臺(8)相連；另一端通過第二轉(zhuǎn)動副和連桿(1 相連，兩轉(zhuǎn)動副的軸線(la，lb)相互平行；連桿 (12)的另一端通過球鉸鏈(C)和動平臺( 相連，球鉸鏈用三個等效的移動副來代替，其中球鉸副的一條軸線沿著連桿(1 的軸向，球鉸鏈的一條軸線在動平臺( 的平面內(nèi)且平行于動平臺(5)的一條周邊。在本機(jī)構(gòu)中，第二條支路O)中的連桿—端通過轉(zhuǎn)動副和定平臺(8)相連； 另一端通過萬向鉸和連桿02)相連，萬向鉸的軸線Ob)正交與轉(zhuǎn)動副軸線( )，萬向鉸的軸線Oc)垂直于萬向鉸的軸線Ob)；連桿02)的另一端通過球鉸副(C)和動平臺(5)相連，球鉸副用三個等效的移動副來代替，其中球鉸副的一條軸線沿著連桿0 的軸向，球鉸副的一條軸線在動平臺(5)的平面內(nèi)且平行于動平臺(5)的一條周邊。在本機(jī)構(gòu)中，所述的各支路的驅(qū)動裝置均安裝在固定架上，通過各支路中第一轉(zhuǎn)動副相對于定平臺的旋轉(zhuǎn)角度來調(diào)節(jié)各支路相對于定平臺(8)的位置，進(jìn)而改變動平臺 (5)位姿。在本實施方式中，采用伺服驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，也可以是其他形式電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。本機(jī)構(gòu)的工作原理如下由于第二支路和第四支路為非約束支路，對機(jī)構(gòu)沒有約束作用，而第一支路和第三支路為約束支路，共同作用給整個機(jī)構(gòu)提供了兩個約束(垂直于動平臺的轉(zhuǎn)動和第一、第三支鏈轉(zhuǎn)動副軸線方向的移動)，從而使動平臺擁有兩維的轉(zhuǎn)動和兩維的移動輸出。通過調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的輸出參數(shù)，來調(diào)節(jié)動平臺的位姿。
權(quán)利要求
1.一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括定平臺和動平臺，其特征在于定平臺和動平臺之間連接四條支路，第一條支路和第三條支路的連接組合方式相同，各桿件之間依次通過第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副和球鉸鏈將定平臺與動平臺連接起來；第二條支路和第四條支路的連接組合方式相同，各桿件之間依次通過第一轉(zhuǎn)動副、萬向鉸和球鉸鏈將定平臺與動平臺連接起來；動平臺底部裝有可驅(qū)動動平臺垂直旋轉(zhuǎn)的可裝卸的電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于上述第一條支路和第三條支路為約束支路，均由上、下兩個連桿連接組成，其中下連桿的一端通過第一轉(zhuǎn)動副和定平臺相連，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副和上連桿的一端相連，上連桿的另一端通過球鉸鏈和動平臺相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于上述第二條支路和第四條支路為非約束支路，均由上、下兩個連桿連接組成，其中下連桿的一端通過轉(zhuǎn)動副和定平臺相連，另一端通過萬向鉸和上連桿的一端相連，上連桿的另一端通過球鉸鏈和動平臺相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于上述第二條支路和第四條支路關(guān)于第一條支路和第三條支路組成的平面對稱；第一條支路和第三條支路關(guān)于第二條支路和第四條支路組成的平面對稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于四條支路中作為整個機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置的四個第一轉(zhuǎn)動副均勻的分布在定平臺的四周，并分別與四個驅(qū)動電機(jī)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于第一條支路中轉(zhuǎn)動副的軸線(la，lb)和第三條支路中轉(zhuǎn)動副的軸線(3a，3b)相互平行；第二條支路中轉(zhuǎn)動副的軸線Oa)和第四條支路中轉(zhuǎn)動副的軸線Ga)相互平行且正交于第一、第三支路中的轉(zhuǎn)動副軸線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于第二條支路中萬向鉸的軸線Ob)分別與轉(zhuǎn)動副軸線Oa) 及萬向鉸的另一軸線Oc)正交；第四條支路中萬向鉸的軸線Gb)分別與轉(zhuǎn)動副軸線Ga) 及萬向鉸的另一軸線Ge)正交。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于四條支路與動平臺連接的球鉸鏈用三個等效的轉(zhuǎn)動副來替代，其中，球鉸鏈的一條軸線與各支路連桿的軸線平行；球鉸鏈的一條軸線在動平臺平面內(nèi)，且均勻分布在動平臺的四個周邊上；球鉸鏈的另一軸線分別垂直于各自的前兩個軸線組成的平面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于上述動平臺上安裝有刀具裝夾裝置。
全文摘要
一種具有兩維轉(zhuǎn)動和兩維移動的非完全對稱的四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括定平臺和動平臺。定平臺和動平臺之間連接四條支路，第一條支路和第三條支路的連接組合方式相同，各桿件之間依次通過第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副和球鉸鏈將定平臺與動平臺連接起來；第二條支路和第四條支路的連接組合方式相同，各桿件之間依次通過第一轉(zhuǎn)動副、萬向鉸和球鉸鏈將定平臺與動平臺連接起來；動平臺底部裝有可驅(qū)動動平臺垂直旋轉(zhuǎn)的可裝卸的電機(jī)。本發(fā)的優(yōu)點是1、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于制造及安裝。2、構(gòu)件種類少、裝配簡單且驅(qū)動裝置簡單且易于控制。3、整體轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)運動特性好。4、可使動平臺具有兩維移動和兩維轉(zhuǎn)動的輸出。
文檔編號B23Q1/50GK102240911SQ20111016110
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者張二江, 李永剛, 閻兵 申請人:天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)