可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，它由靜平臺、動平臺和連接動、靜平臺的第一主動支鏈和第二主動支鏈構(gòu)成；在動平臺上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌；第一主動支鏈包括第一靜平臺轉(zhuǎn)動副，所述的靜平臺通過第一靜平臺轉(zhuǎn)動副與第一弧形桿的一端轉(zhuǎn)動連接，所述第一弧形桿的另一端通過第一動平臺轉(zhuǎn)動副與滑塊轉(zhuǎn)動連接，所述滑塊與動平臺上的環(huán)形導(dǎo)軌滑動配合；第二主動支鏈包括第二靜平臺轉(zhuǎn)動副，所述靜平臺通過第二靜平臺轉(zhuǎn)動副與第二弧形桿一端轉(zhuǎn)動連接，所述第二弧形桿另一端通過第二動平臺轉(zhuǎn)動副與固定塊轉(zhuǎn)動連接，固定塊固定在動平臺上，本機構(gòu)無桿件干涉和奇異現(xiàn)象存在。
【專利說明】 可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，特別是涉及一種運動解耦的，可實現(xiàn)180度無奇異兩自由度轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(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，機器人肩/腕關(guān)節(jié)，微創(chuàng)手術(shù)機器手等。上述應(yīng)用領(lǐng)域均要求兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)具有轉(zhuǎn)動角度大，運動靈活，易于裝配等優(yōu)點。
[0003]目前，已提出的兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，桿件干涉等原因無法滿足上述要求。如，專利⑶102079090八和⑶102294693八中所述兩轉(zhuǎn)動機構(gòu)由多條支鏈組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；支鏈包含復(fù)雜鉸鏈，限制機構(gòu)的轉(zhuǎn)動能力和運動靈活性；專利⑶102126212八描述了一類運動解耦的兩轉(zhuǎn)動機構(gòu)，但支鏈內(nèi)部所含有的虎克鉸鏈限制了機構(gòu)的轉(zhuǎn)動范圍。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有的兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)均存在不足，無法滿足上述應(yīng)用領(lǐng)域的要求。


【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，提供一種運動解耦的，可實現(xiàn)180度無奇異兩自由度轉(zhuǎn)動的可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明的可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，它由靜平臺、動平臺和連接動、靜平臺的第一主動支鏈和第二主動支鏈構(gòu)成；
[0008]在所述動平臺上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌；
[0009]所述第一主動支鏈包括第一靜平臺轉(zhuǎn)動副，所述的靜平臺通過第一靜平臺轉(zhuǎn)動副與第一弧形桿的一端轉(zhuǎn)動連接，所述第一弧形桿的另一端通過第一動平臺轉(zhuǎn)動副與滑塊轉(zhuǎn)動連接，所述滑塊與動平臺上的環(huán)形導(dǎo)軌滑動配合；
[0010]所述第二主動支鏈包括第二靜平臺轉(zhuǎn)動副，所述靜平臺通過第二靜平臺轉(zhuǎn)動副與第二弧形桿一端轉(zhuǎn)動連接，所述第二弧形桿另一端通過第二動平臺轉(zhuǎn)動副與固定塊轉(zhuǎn)動連接，所述的固定塊固定在動平臺上；
[0011]所述第一靜平臺轉(zhuǎn)動副與第二靜平臺轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線相互垂直且匯交于動平臺中心點；所述第一動平臺轉(zhuǎn)動副軸線與第二動平臺轉(zhuǎn)動副軸線及動平臺中心軸線匯交于動平臺中心點。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0013]本發(fā)明的可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)由連桿、轉(zhuǎn)動副及環(huán)形導(dǎo)軌組成，機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，無桿件干涉和奇異現(xiàn)象存在，機構(gòu)可實現(xiàn)180度無奇異兩自由度轉(zhuǎn)動，即半球轉(zhuǎn)動，機構(gòu)運動學(xué)分析簡單，便于控制與設(shè)計，可應(yīng)用于機器人肩、腰、腕關(guān)節(jié)等要求空間兩自由度轉(zhuǎn)動的場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]附圖標(biāo)記:靜平臺1第一靜平臺轉(zhuǎn)動副2第一弧形桿3第一動平臺轉(zhuǎn)動副4滑塊5動平臺6第二動平臺轉(zhuǎn)動副7第二弧形桿8第二靜平臺轉(zhuǎn)動副9動平臺中心點？第一靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線3第一動平臺轉(zhuǎn)動副軸線6第二靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線0第二動平臺轉(zhuǎn)動副軸線(1動平臺中心軸線6

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)描述。
[0017]本發(fā)明的可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，由靜平臺1、動平臺6和連接動、靜平臺的第一主動支鏈和第二主動支鏈構(gòu)成；
[0018]在所述動平臺上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌；
[0019]所述第一主動支鏈包括第一靜平臺轉(zhuǎn)動副2，所述的靜平臺1通過第一靜平臺轉(zhuǎn)動副2與第一弧形桿3的一端轉(zhuǎn)動連接，所述第一弧形桿3的另一端通過第一動平臺轉(zhuǎn)動副4與滑塊5轉(zhuǎn)動連接，所述滑塊5與動平臺6上的環(huán)形導(dǎo)軌滑動配合；
[0020]所述第二主動支鏈包括第二靜平臺轉(zhuǎn)動副9，所述靜平臺1通過第二靜平臺轉(zhuǎn)動副9與第二弧形桿8 一端轉(zhuǎn)動連接，所述第二弧形桿8另一端通過第二動平臺轉(zhuǎn)動副7與固定塊轉(zhuǎn)動連接，所述的固定塊固定在動平臺6上；
[0021]所述第一靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線3與第二靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線0相互垂直且匯交于動平臺中心點？；所述第一動平臺轉(zhuǎn)動副軸線13與第二動平臺轉(zhuǎn)動副軸線(1及動平臺中心軸線6匯交于動平臺中心點？。
[0022]下面再結(jié)合每一幅圖對本發(fā)明加以詳細(xì)說明。
[0023]如附圖所示的本發(fā)明的可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)由靜平臺1、動平臺6和連接動、靜平臺的第一主動支鏈和第二主動支鏈構(gòu)成。
[0024]所述動平臺6上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌。所述動平臺6與滑塊5滑動配合，使所述滑塊5沿環(huán)形軌道連續(xù)移動。
[0025]所述第一主動支鏈由第一靜平臺轉(zhuǎn)動副2，第一弧形桿3，第一動平臺轉(zhuǎn)動副4和所述滑塊5組成。所述靜平臺1通過所述第一靜平臺轉(zhuǎn)動副2與所述第一弧形桿3的一端轉(zhuǎn)動連接，所述第一弧形桿3的另一端通過所述第一動平臺轉(zhuǎn)動副4與所述滑塊5轉(zhuǎn)動連接，所述滑塊5與所述動平臺6滑動配合。
[0026]所述第二主動支鏈由第二靜平臺轉(zhuǎn)動副9，第二弧形桿8和第二動平臺轉(zhuǎn)動副7組成。所述靜平臺1通過所述第二靜平臺轉(zhuǎn)動副9與所述第二弧形桿8一端連接，所述第二弧形桿8另一端通過所述第二動平臺轉(zhuǎn)動副7與固定塊轉(zhuǎn)動連接，所述的固定塊固定在動平臺6上。
[0027]第一靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線3與第二靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線0相互垂直且匯交于動平臺中心點？；通過動平臺中心點？，方向為動平臺平面法線方向的軸線稱為動平臺中心軸線6，第一動平臺轉(zhuǎn)動副軸線6與第二動平臺轉(zhuǎn)動副軸線4及動平臺中心軸線6匯交于動平臺中心點？。
[0028]以第一靜平臺轉(zhuǎn)動副2和第二靜平臺轉(zhuǎn)動副9為輸入驅(qū)動，本發(fā)明的可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)可實現(xiàn)空間兩自由度轉(zhuǎn)動。所述環(huán)形導(dǎo)軌及滑塊5結(jié)構(gòu)上可等同于轉(zhuǎn)動副，該轉(zhuǎn)動副軸線通過動平臺中心點？、方向為動平臺中心軸線6，結(jié)合第一靜平臺轉(zhuǎn)動副2與第一動平臺轉(zhuǎn)動副4，所述第一主動支鏈具有三自由度轉(zhuǎn)動能力，其三自由度轉(zhuǎn)動中心點為動平臺中心點？，三條轉(zhuǎn)動軸線分別與第一靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線3、第一動平臺轉(zhuǎn)動副軸線6和動平臺中心軸線6重合；在第二靜平臺轉(zhuǎn)動副9與第二動平臺轉(zhuǎn)動副7的作用下，第二主動支鏈具有兩自由度轉(zhuǎn)動能力，其兩自由度轉(zhuǎn)動中心點為動平臺中心點？，兩條轉(zhuǎn)動軸線分別與第二靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線^和第二動平臺轉(zhuǎn)動副軸線(1重合；由于第一主動支鏈的三轉(zhuǎn)動中心與第二主動支鏈的兩轉(zhuǎn)動中心均為動平臺中心點？，故在第一主動支鏈與第二主動支鏈共同作用下，所述動平臺6可實現(xiàn)繞動平臺中心點？的空間兩自由度轉(zhuǎn)動。其兩自由度轉(zhuǎn)動軸線為所述第二靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線。和第二動平臺轉(zhuǎn)動副軸線1當(dāng)選取第一靜平臺轉(zhuǎn)動副2和第二靜平臺轉(zhuǎn)動副9作為驅(qū)動時，第二靜平臺轉(zhuǎn)動副9可直接控制動平臺繞第二靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線0的轉(zhuǎn)動自由度，動平臺繞第二動平臺轉(zhuǎn)動副軸線(1的轉(zhuǎn)動可由第一靜平臺轉(zhuǎn)動副運動的投影控制，故機構(gòu)具有運動解耦的特性。由于機構(gòu)支鏈間布置方式避免了桿件間干涉問題，通過運動學(xué)分析可知，機構(gòu)可實現(xiàn)180度無奇異運動。(有關(guān)轉(zhuǎn)動中心點與移動平面的定義可詳見文獻“061^611.1116 116 81-0111)
0？130(178 ^1111 (1^1116111:81 七001111601181118111 (1681^11.16011 1&011
111601-71999:34:719-730.’，(拖”會廁.剛體位移李子群，機械設(shè)計基礎(chǔ)工具.機械原理1999:34:719-730.”)
[0029]本發(fā)明的可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)由轉(zhuǎn)動副和環(huán)形導(dǎo)軌組成，轉(zhuǎn)動副與環(huán)形導(dǎo)軌均具有整周回轉(zhuǎn)能力，所述機構(gòu)動平臺不受運動副轉(zhuǎn)動范圍、桿件干涉等因素限制，可實現(xiàn)180度大范圍轉(zhuǎn)動且運動過程無奇異。由于本發(fā)明機構(gòu)轉(zhuǎn)動副軸線的布置使機構(gòu)運動性能部分解耦，故本機構(gòu)為可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)。
[0030]以上對本發(fā)明的描述僅僅是示意性的，而不是限制性的，所以，本發(fā)明的實施方式并不局限于上述的【具體實施方式】。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)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.可實現(xiàn)半球轉(zhuǎn)動的解耦型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于:它由靜平臺、動平臺和連接動、靜平臺的第一主動支鏈和第二主動支鏈構(gòu)成； 在所述動平臺上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌； 所述第一主動支鏈包括第一靜平臺轉(zhuǎn)動副，所述的靜平臺通過第一靜平臺轉(zhuǎn)動副與第一弧形桿的一端轉(zhuǎn)動連接，所述第一弧形桿的另一端通過第一動平臺轉(zhuǎn)動副與滑塊轉(zhuǎn)動連接，所述滑塊與動平臺上的環(huán)形導(dǎo)軌滑動配合； 所述第二主動支鏈包括第二靜平臺轉(zhuǎn)動副，所述靜平臺通過第二靜平臺轉(zhuǎn)動副與第二弧形桿一端轉(zhuǎn)動連接，所述第二弧形桿另一端通過第二動平臺轉(zhuǎn)動副與固定塊轉(zhuǎn)動連接，所述的固定塊固定在動平臺上； 所述第一靜平臺轉(zhuǎn)動副與第二靜平臺轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線相互垂直且匯交于動平臺中心點；所述第一動平臺轉(zhuǎn)動副軸線與第二動平臺轉(zhuǎn)動副軸線及動平臺中心軸線匯交于動平臺中心點。
【文檔編號】B25J9/00GK104308833SQ201410577159
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】宋軼民, 齊楊, 孫濤 申請人:天津大學(xué)