一種新型面對稱兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型面對稱兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，它包括靜平臺、動平臺和連接動、靜平臺的第一主動支鏈、第二主動支鏈、第三主動支鏈及從動支鏈，三條主動支鏈相對靜平臺中心軸線成120度對稱分布，在靜平臺外圓周上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌；第一、二主動支鏈具有相同的機械結(jié)構(gòu)。采用本結(jié)構(gòu)三條主動支鏈相對靜平臺中心線成120度對稱分布，各支鏈內(nèi)部轉(zhuǎn)動中心點彼此重合，移動能力彼此抵消，機構(gòu)運動學(xué)性能及動態(tài)性能具有對稱性，機構(gòu)從動支鏈連接靜平臺與動平臺，當(dāng)動平臺承受鉛垂方向的力時，從動支鏈可以提供支撐力，具有從動支鏈的機構(gòu)與不具有從動支鏈的機構(gòu)相比有更好的剛度?？梢詾闄C構(gòu)提供優(yōu)越的鉛垂方向的剛度性能。
【專利說明】
一種新型面對稱兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，主要涉及一種具有面對稱結(jié)構(gòu)的兩轉(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)用均要求轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)具有一定的剛度性能和結(jié)構(gòu)對稱性。
[0003]目前，已提出的并聯(lián)機構(gòu)主要存在以下不足:1)已提出的兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不具有對稱性，如專利CN 102294693 A中所述機構(gòu)由多條支鏈組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且支鏈組成包含復(fù)雜鉸鏈，結(jié)構(gòu)不具有對稱性；2)已有機構(gòu)無法提供足夠的剛度以完成所需操作，如專利CN 102126212 A和CN 103624559 A所描述的機構(gòu)結(jié)構(gòu)特征可等同為一類平面機構(gòu)，其無法為機構(gòu)法線方向提供足夠的支撐剛度，故其無法支撐衛(wèi)星，機器人手臂等完成所需追蹤定位操作。
[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]本實用新型的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種具有對稱結(jié)構(gòu)的剛度性能優(yōu)越的并且可以支撐衛(wèi)星，機器人手臂等完成追蹤定位等操作的一種新型面對稱兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)。
[0006]本實用新型的一種新型面對稱兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，它包括靜平臺、動平臺和連接動、靜平臺的第一主動支鏈、第二主動支鏈、第三主動支鏈及從動支鏈，三條主動支鏈相對靜平臺中心軸線成120度對稱分布，在所述靜平臺外圓周上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌；
[0007]所述第一主動支鏈與所述第二主動支鏈具有相同的機械結(jié)構(gòu)，均包括滑塊，所述靜平臺的環(huán)形導(dǎo)軌與滑塊滑動連接，所述滑塊通過安裝在滑塊上的靜平臺轉(zhuǎn)動副與下連桿一端轉(zhuǎn)動連接，所述下連桿另一端通過中間轉(zhuǎn)動副與上連桿一端轉(zhuǎn)動連接，所述上連桿另一端通過動平臺虎克鉸鏈與動平臺轉(zhuǎn)動連接，所述第一主動支鏈的靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線、中間轉(zhuǎn)動副軸線和動平臺虎克鉸鏈遠架軸線彼此平行，所述第二主動支鏈的靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線、中間轉(zhuǎn)動副軸線和動平臺虎克鉸鏈遠架軸線彼此平行，兩個動平臺虎克鉸鏈近架軸線與靜平臺中心線匯交于動平臺中心點；
[0008]所述的第三主動支鏈包括固定在靜平臺上的第三靜平臺轉(zhuǎn)動副，所述的第三靜平臺轉(zhuǎn)動副與第三下連桿一端轉(zhuǎn)動連接，所述第三下連桿另一端通過第三中間轉(zhuǎn)動副與第三上連桿一端轉(zhuǎn)動連接，所述第三上連桿另一端通過第三虎克鉸鏈與動平臺轉(zhuǎn)動連接，所述第三靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線、第三中間轉(zhuǎn)動副軸線和第三虎克鉸鏈遠架軸線彼此平行，所述第三虎克鉸鏈近架軸線通過動平臺中心點；
[0009]所述從動支鏈包括固定在所述靜平臺上的從動轉(zhuǎn)動副,所述的靜平臺通過從動轉(zhuǎn)動副與從動虎克鉸鏈轉(zhuǎn)動連接，所述從動虎克鉸鏈的近架軸兩端與動平臺內(nèi)環(huán)壁轉(zhuǎn)動連接，所述從動虎克鉸鏈中心點與動平臺中心點重合，所述從動轉(zhuǎn)動副軸線與靜平臺中心軸線重合。
[0010]本實用新型的優(yōu)點:
[0011]本實用新型的面對稱兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)三條主動支鏈相對靜平臺中心線成120度對稱分布，各支鏈內(nèi)部轉(zhuǎn)動中心點彼此重合，移動能力彼此抵消，機構(gòu)運動學(xué)性能及動態(tài)性能具有對稱性，機構(gòu)從動支鏈連接靜平臺與動平臺，當(dāng)動平臺承受鉛垂方向的力時，從動支鏈可以提供支撐力，具有從動支鏈的機構(gòu)與不具有從動支鏈的機構(gòu)相比有更好的剛度。可以為機構(gòu)提供優(yōu)越的鉛垂方向的剛度性能，可應(yīng)用于衛(wèi)星追蹤定位，機器人肩/腕關(guān)節(jié)姿態(tài)調(diào)整等場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的一種新型面對稱兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是圖1所示的機構(gòu)的第一主動支鏈和第二主動支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是圖1所示的機構(gòu)的第三主動支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]附圖標記:靜平臺I 第一主動支鏈2 第二主動支鏈3 第三主動支鏈4從動支鏈5 動平臺6 從動轉(zhuǎn)動副7 從動虎克鉸鏈8 滑塊9 靜平臺轉(zhuǎn)動副10下連桿11 中間轉(zhuǎn)動副12 上連桿13動平臺虎克鉸鏈14 第三靜平臺轉(zhuǎn)動副15第三下連桿16 第三中間轉(zhuǎn)動副17 第三上連桿18 第三虎克鉸鏈19 靜平臺中心點O 動平臺中心點P 靜平臺中心軸線a 靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線b 中間轉(zhuǎn)動副軸線c動平臺虎克鉸鏈遠架軸線d 動平臺虎克鉸鏈近架軸線e 第三靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線f第三中間轉(zhuǎn)動副軸線g 第三虎克鉸鏈遠架軸線h 第三虎克鉸鏈近架軸線i

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作以詳細描述。
[0017]如附圖所示的本實用新型的一種新型面對稱兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，它包括靜平臺1、動平臺6和連接動、靜平臺的第一主動支鏈2、第二主動支鏈3、第三主動支鏈4及從動支鏈5，三條主動支鏈相對靜平臺中心軸線成120度對稱分布，在所述靜平臺外圓周上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌；
[0018]所述第一主動支鏈2與所述第二主動支鏈3具有相同的機械結(jié)構(gòu)，均包括滑塊9，所述靜平臺I的環(huán)形導(dǎo)軌與滑塊9滑動連接，所述滑塊9通過安裝在滑塊9上的靜平臺轉(zhuǎn)動副10與下連桿11 一端轉(zhuǎn)動連接，所述下連桿11另一端通過中間轉(zhuǎn)動副12與上連桿13一端轉(zhuǎn)動連接，所述上連桿13另一端通過動平臺虎克鉸鏈14與動平臺6轉(zhuǎn)動連接,所述第一主動支鏈2的靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線b、中間轉(zhuǎn)動副軸線c和動平臺虎克鉸鏈遠架軸線d彼此平行，所述第二主動支鏈3的靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線b、中間轉(zhuǎn)動副軸線c和動平臺虎克鉸鏈遠架軸線d彼此平行，兩個動平臺虎克鉸鏈近架軸線e與靜平臺中心線a匯交于動平臺中心點P;
[0019]所述的第三主動支鏈4包括固定在靜平臺上的第三靜平臺轉(zhuǎn)動副15，所述的第三靜平臺轉(zhuǎn)動副15與第三下連桿16 —端轉(zhuǎn)動連接，所述第三下連桿16另一端通過第三中間轉(zhuǎn)動副17與第三上連桿18 —端轉(zhuǎn)動連接，所述第三上連桿18另一端通過第三虎克鉸鏈19與動平臺6轉(zhuǎn)動連接,所述第三靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線f、第三中間轉(zhuǎn)動副軸線g和第三虎克鉸鏈遠架軸線h彼此平行，所述第三虎克鉸鏈近架軸線i通過動平臺中心點P ；
[0020]所述從動支鏈5包括固定在所述靜平臺I上的從動轉(zhuǎn)動副7,所述的靜平臺I通過從動轉(zhuǎn)動副7與從動虎克鉸鏈8轉(zhuǎn)動連接,所述從動虎克鉸鏈8的近架軸兩端與動平臺6內(nèi)環(huán)壁轉(zhuǎn)動連接,所述從動虎克鉸鏈中心點與動平臺中心點P重合,所述從動轉(zhuǎn)動副軸線與靜平臺中心軸線重合。
[0021]下面再結(jié)合每一幅圖對本實用新型加以詳細說明。
[0022]如圖1所示，本實用新型的一種新型面對稱兩轉(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2、第二主動支鏈3、第三主動支鏈4及從動支鏈5構(gòu)成。三條主動支鏈相對靜平臺中心軸線成120度對稱分布。
[0023]所述靜平臺I外圓周上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌。所述靜平臺I與滑塊9滑動連接，使滑塊9沿環(huán)形軌道實現(xiàn)圓周連續(xù)移動。
[0024]如圖1和圖2所示，所述第一主動支鏈2與所述第二主動支鏈3具有相同的機械結(jié)構(gòu)，均由滑塊9，靜平臺轉(zhuǎn)動副10，下連桿11，中間轉(zhuǎn)動副12，上連桿13和動平臺虎克鉸鏈14組成。所述靜平臺I的環(huán)形導(dǎo)軌與所述滑塊9滑動連接，所述滑塊9通過安裝在滑塊9上的靜平臺轉(zhuǎn)動副10與所述下連桿11 一端轉(zhuǎn)動連接，所述下連桿11另一端通過所述中間轉(zhuǎn)動副12與所述上連桿13 —端轉(zhuǎn)動連接，所述上連桿13另一端通過所述動平臺虎克鉸鏈14與動平臺6外環(huán)壁轉(zhuǎn)動連接。通過靜平臺中心點0，方向為靜平臺平面法線方向的軸線稱為靜平臺中心軸線a，所述第一主動支鏈2的靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線b、中間轉(zhuǎn)動副軸線c和動平臺虎克鉸鏈遠架軸線d彼此平行，所述第二主動支鏈3的靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線b、中間轉(zhuǎn)動副軸線c和動平臺虎克鉸鏈遠架軸線d彼此平行，兩個動平臺虎克鉸鏈近架軸線e與靜平臺中心線a匯交于動平臺中心點P。
[0025]如圖1和圖3所示，第三主動支鏈4包括第三靜平臺轉(zhuǎn)動副15，第三下連桿16，第三中間轉(zhuǎn)動副17，第三上連桿18和第三虎克鉸鏈19。所述靜平臺I通過固定在靜平臺上的第三靜平臺轉(zhuǎn)動副15與第三下連桿16 —端轉(zhuǎn)動連接，所述第三下連桿16另一端通過第三中間轉(zhuǎn)動副17與第三上連桿18 —端轉(zhuǎn)動連接，第三上連桿18另一端通過第三虎克鉸鏈19與動平臺6外環(huán)壁轉(zhuǎn)動連接。第三靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線f、第三中間轉(zhuǎn)動副軸線g和第三虎克鉸鏈遠架軸線h彼此平行，第三虎克鉸鏈近架軸線i通過動平臺中心點P。
[0026]所述從動支鏈5由從動轉(zhuǎn)動副7和從動虎克鉸鏈8組成。所述靜平臺I通過所述從動轉(zhuǎn)動副7以及連桿與所述從動虎克鉸鏈8連接，所述從動虎克鉸鏈8的近架軸兩端與所述動平臺6內(nèi)環(huán)壁轉(zhuǎn)動連接。所述從動虎克鉸鏈中心點與動平臺中心點P重合,所述從動轉(zhuǎn)動副軸線與靜平臺中心軸線重合，即為軸線a。
[0027]以所述第一主動支鏈2和所述第二主動支鏈3內(nèi)的靜平臺轉(zhuǎn)動副10和第三靜平臺轉(zhuǎn)動副15為輸入驅(qū)動，本實用新型的一種新型面對稱兩轉(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9結(jié)構(gòu)上可等同于轉(zhuǎn)動副，該等效轉(zhuǎn)動中心軸線通過靜平臺中心點O、方向為靜平臺中心軸線a，結(jié)合所述靜平臺轉(zhuǎn)動副10、所述中間轉(zhuǎn)動副12和所述虎克鉸鏈14，所述第一主動支鏈2和所述第二主動支鏈3均具有三自由度轉(zhuǎn)動能力和兩自由度移動能力，其轉(zhuǎn)動中心點為動平臺中心點P，其三轉(zhuǎn)動軸線分別是:與靜平臺中心軸線a和動平臺虎克鉸鏈近架軸線e重合，與靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線b平行，其兩自由度移動軸線為任意兩條垂直于靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線b的互不平行的直線；在所述第三靜平臺轉(zhuǎn)動副15、所述第三中間轉(zhuǎn)動副17和所述第三虎克鉸鏈19作用下，所述第三主動支鏈4具有空間兩自由度轉(zhuǎn)動能力和兩自由度移動能力，其轉(zhuǎn)動中心點為動平臺中心點P，其轉(zhuǎn)動軸線分別是:與第三靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線f平行，與第三虎克鉸鏈近架軸線i重合；在所述從動轉(zhuǎn)動副7和所述從動虎克鉸鏈8作用下，所述從動支鏈5具有三自由度轉(zhuǎn)動能力，其轉(zhuǎn)動中心點為動平臺中心點P，轉(zhuǎn)動軸線分別與從動轉(zhuǎn)動副7轉(zhuǎn)動軸線及從動虎克鉸鏈8兩條轉(zhuǎn)軸軸線重八口 ο
[0028]如圖2所示，由于所述動平臺虎克鉸鏈近架軸線e與靜平臺中心線a匯交于動平臺中心點P，每一條主動支鏈中的所述靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線b、所述中間轉(zhuǎn)動副軸線c和所述動平臺虎克鉸鏈遠架軸線d彼此平行，故所述第一主動支鏈2和所述第二主動支鏈3的三自由度轉(zhuǎn)動中心為動平臺中心點P，其兩自由度移動軸線組成的兩自由度移動平面的法線為靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線b所示方向；如圖3所示，所述第三靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線f、所述第三中間轉(zhuǎn)動副軸線g和所述第三虎克鉸鏈遠架軸線h彼此平行，所述第三虎克鉸鏈近架軸線i通過動平臺中心點P，故所述第三主動支鏈4兩自由度轉(zhuǎn)動中心為動平臺中心點P，兩自由度移動平面的法線為第三靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線f所示方向；由于所述從動虎克鉸鏈中心點與動平臺中心點P重合，在從動轉(zhuǎn)動副7和從動虎克鉸鏈8共同作用下，從動支鏈5的三轉(zhuǎn)動中心為動平臺中心點P。由于第一主動支鏈2和所述第二主動支鏈3的三轉(zhuǎn)動中心、所述第三主動支鏈4的兩轉(zhuǎn)動中心和從動支鏈5的三轉(zhuǎn)動中心均為動平臺中心點P，又由于所述從動支鏈5不具有空間移動能力，故所述第一主動支鏈2、所述第二主動支鏈3和所述第三主動支鏈4的兩自由度移動能力被所述從動支鏈5限制，故在所述第一主動支鏈2、所述第二主動支鏈3、所述第三主動支鏈4和從動支鏈5共同作用下，所述動平臺6可實現(xiàn)繞動平臺中心點P的空間兩自由度轉(zhuǎn)動。(有關(guān)轉(zhuǎn)動中心點與移動平面的定義可詳見文獻“Her#JM.The Lie group of rigid body displacements, a fundamental tool for mechanismdesign.Mech Mach Theory 1999;34:719-730.nHervS JM.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]本實用新型的一種新型面對稱兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)由三條主動支鏈和一條從動支鏈組成，三條主動支鏈相對靜平臺中心軸線成120度對稱分布，且第一主動支鏈與第二主動支鏈具有相同的支鏈結(jié)構(gòu)，故該機構(gòu)具有面對稱的機械結(jié)構(gòu)與對稱的機械性能。本實用新型的一種新型面對稱兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)具有中間從動支鏈，該支鏈加強了機構(gòu)的支撐剛度，可滿足衛(wèi)星追蹤定位，機器人手臂姿態(tài)調(diào)整等對于機構(gòu)剛度的需求。
[0030]以上對本實用新型的描述僅僅是示意性的，而不是限制性的，所以，本實用新型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，在不脫離本實用新型宗旨和權(quán)利要求所保護范圍的情況下，做出其他變化或變型，均屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型面對稱兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，其特征在于:它包括靜平臺、動平臺和連接動、靜平臺的第一主動支鏈、第二主動支鏈、第三主動支鏈及從動支鏈，三條主動支鏈相對靜平臺中心軸線成120度對稱分布，在所述靜平臺外圓周上設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)軌； 所述第一主動支鏈與所述第二主動支鏈具有相同的機械結(jié)構(gòu)，均包括滑塊，所述靜平臺的環(huán)形導(dǎo)軌與滑塊滑動連接，所述滑塊通過安裝在滑塊上的靜平臺轉(zhuǎn)動副與下連桿一端轉(zhuǎn)動連接，所述下連桿另一端通過中間轉(zhuǎn)動副與上連桿一端轉(zhuǎn)動連接，所述上連桿另一端通過動平臺虎克鉸鏈與動平臺轉(zhuǎn)動連接，所述第一主動支鏈的靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線、中間轉(zhuǎn)動副軸線和動平臺虎克鉸鏈遠架軸線彼此平行，所述第二主動支鏈的靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線、中間轉(zhuǎn)動副軸線和動平臺虎克鉸鏈遠架軸線彼此平行，兩個動平臺虎克鉸鏈近架軸線與靜平臺中心線匯交于動平臺中心點； 所述的第三主動支鏈包括固定在靜平臺上的第三靜平臺轉(zhuǎn)動副，所述的第三靜平臺轉(zhuǎn)動副與第三下連桿一端轉(zhuǎn)動連接，所述第三下連桿另一端通過第三中間轉(zhuǎn)動副與第三上連桿一端轉(zhuǎn)動連接，所述第三上連桿另一端通過第三虎克鉸鏈與動平臺轉(zhuǎn)動連接，所述第三靜平臺轉(zhuǎn)動副軸線、第三中間轉(zhuǎn)動副軸線和第三虎克鉸鏈遠架軸線彼此平行，所述第三虎克鉸鏈近架軸線通過動平臺中心點； 所述從動支鏈包括固定在所述靜平臺上的從動轉(zhuǎn)動副，所述的靜平臺通過從動轉(zhuǎn)動副與從動虎克鉸鏈轉(zhuǎn)動連接，所述從動虎克鉸鏈的近架軸兩端與動平臺內(nèi)環(huán)壁轉(zhuǎn)動連接，所述從動虎克鉸鏈中心點與動平臺中心點重合,所述從動轉(zhuǎn)動副軸線與靜平臺中心軸線重口 ο
【文檔編號】B25J9/08GK204209689SQ201420622956
【公開日】2015年3月18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】孫濤, 宋軼民, 齊楊 申請人:天津大學(xué)