大工作空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人、精密儀器和設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種兩轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
技術(shù)背景
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)可定義為動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)通過至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)精度高、剛度大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，但由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)受運(yùn)動(dòng)副工作空間和支鏈干涉等影響，使得并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)空間普遍較小，嚴(yán)重制約了并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)和機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用，所以研究具有大工作空間的并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度可分為移動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其中移動(dòng)工作空間可通過增大機(jī)構(gòu)尺寸的辦法增大，然而轉(zhuǎn)動(dòng)工作空間卻不隨機(jī)構(gòu)尺寸的增大而增加。國外對(duì)大工作空間轉(zhuǎn)動(dòng)類并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究較早，發(fā)明專利US7478576B2和發(fā)明專利US7472622B2公開了一種具有大工作空間的三支鏈兩轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并成功應(yīng)用于機(jī)器人關(guān)節(jié)等領(lǐng)域；發(fā)明專利US6658962B1公開了一種四支鏈兩轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并將其應(yīng)用于仿生機(jī)器人中，取得了較好的效果。國內(nèi)對(duì)具有大轉(zhuǎn)動(dòng)工作空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究成果較少，其中發(fā)明專利CN103217986A和發(fā)明專利CN103433916A對(duì)大工作空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，并取得了一些成果。國內(nèi)外對(duì)大工作空間轉(zhuǎn)動(dòng)類并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究雖取得了一定的成果，但新機(jī)構(gòu)構(gòu)型仍然較為匱乏，已公開機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副多為轉(zhuǎn)動(dòng)副，轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線之間的約束關(guān)系較強(qiáng)，給機(jī)構(gòu)的加工裝配帶來了很大的困難，且機(jī)構(gòu)的剛度普遍較小，限制了該類機(jī)構(gòu)在工業(yè)中的進(jìn)一步應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種大工作空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)相對(duì)定平臺(tái)做兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型豐富，且具有剛度大，支鏈運(yùn)動(dòng)副約束較少，轉(zhuǎn)動(dòng)工作空間大等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、精密儀器和設(shè)備等領(lǐng)域。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0006]本發(fā)明包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、連接定、動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)支鏈，其中:動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)之間通過至少三條運(yùn)動(dòng)支鏈連接，所述運(yùn)動(dòng)支鏈之間通過多條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運(yùn)動(dòng)支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運(yùn)動(dòng)支鏈中的中連桿固定連接，親合連桿另一端與中心連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所有親合連桿與中心連桿連接形成的轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互重合形成一條軸線，設(shè)該條軸線為中心軸線L;
[0007]每條運(yùn)動(dòng)支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，對(duì)于任意一條運(yùn)動(dòng)支鏈，其結(jié)構(gòu)為:下連桿一端與定平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與所述中心軸線L相交于一點(diǎn)P，下連桿另一端與中連桿通過下連桿運(yùn)動(dòng)副連接，所述下連桿運(yùn)動(dòng)副可以是轉(zhuǎn)動(dòng)副或球面副，若所述下連桿運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副，則該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線過所述點(diǎn)P;上連桿一端與動(dòng)平臺(tái)之間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與所述中心軸線L相交于一點(diǎn)Q，點(diǎn)Q與所述點(diǎn)P不重合，上連桿另一端與中連桿通過上連桿運(yùn)動(dòng)副連接，所述上連桿運(yùn)動(dòng)副可以是轉(zhuǎn)動(dòng)副或球面副，若所述上連桿運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副，則該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線過所述點(diǎn)Q ；
[0008]對(duì)于所有的下連桿運(yùn)動(dòng)副和上連桿運(yùn)動(dòng)副，至少有一個(gè)下連桿運(yùn)動(dòng)副或上連桿運(yùn)動(dòng)副為球面副。
[0009]所述運(yùn)動(dòng)支鏈的具體結(jié)構(gòu)類型可分為以下四種:
[00? O] RRSR型支鏈:下連桿一端與定平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與所述中心軸線L相交于一點(diǎn)P，下連桿另一端與中連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線過所述點(diǎn)P;上連桿一端與動(dòng)平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與所述中心軸線L相交于一點(diǎn)Q，點(diǎn)Q與所述點(diǎn)P不重合，上連桿另一端與中連桿通過球面副連接；
[0011 ] RSRR型支鏈:下連桿一端與定平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與所述中心軸線L相交于一點(diǎn)P，下連桿另一端與中連桿通過球面副連接;上連桿一端與動(dòng)平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與所述中心軸線L相交于一點(diǎn)Q，點(diǎn)Q與所述點(diǎn)P不重合，上連桿另一端與中連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線過所述點(diǎn)Q;
[0012]RRRR型支鏈:下連桿一端與定平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與所述中心軸線L相交于一點(diǎn)P，下連桿另一端與中連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線過所述點(diǎn)P ；上連桿一端與動(dòng)平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與所述中心軸線L相交于一點(diǎn)Q，點(diǎn)Q與所述點(diǎn)P不重合，上連桿另一端與中連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線過所述點(diǎn)Q;
[0013]RSSR型支鏈:下連桿一端與定平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與所述中心軸線L相交于一點(diǎn)P，下連桿另一端與中連桿通過球面副連接;上連桿一端與動(dòng)平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與所述中心軸線L相交于一點(diǎn)Q，點(diǎn)Q與所述點(diǎn)P不重合，上連桿另一端與中連桿之間通過球面副連接。
[0014]所述連接定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)的三條或三條以上的運(yùn)動(dòng)支鏈由上述四種支鏈類型中的一種或多種組合而成，但所有運(yùn)動(dòng)支鏈不同時(shí)為RRRR型支鏈。
[0015]為增加機(jī)構(gòu)剛度，所述中心連桿一端與定平臺(tái)通過球面副或萬向鉸連接，且該球面副或萬向鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與所述點(diǎn)P重合;所述中心連桿另一端與動(dòng)平臺(tái)通過球面副或萬向鉸連接，且該球面副或萬向鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與所述點(diǎn)Q重合。
[0016]所述運(yùn)動(dòng)支鏈中，有兩條運(yùn)動(dòng)支鏈為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈，且該兩條主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈為相鄰的兩條運(yùn)動(dòng)支鏈;所述主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈由直線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，直線驅(qū)動(dòng)器的輸出桿與主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈中的下連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，直線驅(qū)動(dòng)器尾端與機(jī)座通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所述機(jī)座與定平臺(tái)固定連接;所述主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈中，連接下連桿與定平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接直線驅(qū)動(dòng)器輸出桿與下連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接直線驅(qū)動(dòng)器與機(jī)座的轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互平行。所述直線驅(qū)動(dòng)器的輸出桿前端安裝有力學(xué)傳感器。
[0017]所述運(yùn)動(dòng)支鏈中，至少有一條運(yùn)動(dòng)支鏈為從動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈，所述從動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈與機(jī)座之間設(shè)有直線阻尼器，直線阻尼器的輸出桿與從動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈中的下連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，直線阻尼器尾端與機(jī)座通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接;所述從動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈中，連接下連桿與定平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接直線阻尼器輸出桿與下連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接直線阻尼器與機(jī)座的轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互平行。所述直線阻尼器的輸出桿前端安裝有力學(xué)傳感器。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019](I)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)相對(duì)定平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)工作空間大，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度可達(dá)±90度；
[0020](2)機(jī)構(gòu)各條運(yùn)動(dòng)支鏈之間通過耦合連桿和中心連桿相互連接，提高了機(jī)構(gòu)的受力性能，增大了機(jī)構(gòu)的剛度；
[0021 ] (3)機(jī)構(gòu)構(gòu)型豐富，有利于根據(jù)工況實(shí)際選擇合適構(gòu)型；
[0022](4)在運(yùn)動(dòng)支鏈中引入球面副，減少了運(yùn)動(dòng)支鏈中各運(yùn)動(dòng)副之間的約束，使機(jī)構(gòu)易于加工和裝配。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明RRSR型支鏈立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0024]圖2是本發(fā)明RSRR型支鏈立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0025]圖3是本發(fā)明RRRR型支鏈立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0026]圖4是本發(fā)明RSSR型支鏈立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0027]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0028]圖6是本發(fā)明實(shí)施例2立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0029]圖7是本發(fā)明實(shí)施例2偏轉(zhuǎn)狀態(tài)立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0030]圖8是本發(fā)明實(shí)施例3立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0031]圖9是本發(fā)明實(shí)施例4立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0032]圖10是本發(fā)明實(shí)施例5立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0033]圖11是本發(fā)明實(shí)施例6立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0034]圖12是本發(fā)明實(shí)施例7立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0035]圖13是本發(fā)明實(shí)施例8立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0036]圖14是本發(fā)明實(shí)施例9立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0037]圖中:1.定平臺(tái)，2.動(dòng)平臺(tái)，(343，83<3，03).下連桿，(444，84<4，04).中連桿，(5，厶5，85，05，05).上連桿，(46，86<6，06).耦合連桿，7.中心連桿，(48，88).直線驅(qū)動(dòng)器，(〇8，08).直線阻尼器，(49，89<9，09).輸出桿，(410，810，(:10，010).壓力傳感器，11.機(jī)座。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，在所有實(shí)施例和附圖中，所述R1、R i j均表示一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述S 1、S i j均表示一個(gè)球面副，所述U i表示萬向鉸，其中i，j為自然數(shù)。
[0039]如圖1所示是RRSR型支鏈立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖，RRSR型支鏈由下連桿3、中連桿4、上連桿5組成，下連桿3與定平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl軸線與中心軸線L相交于一點(diǎn)P，下連桿3與中連桿4通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R2連接，轉(zhuǎn)動(dòng)副R2軸線過所述點(diǎn)P;上連桿5與動(dòng)平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R4連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副R4軸線與中心軸線L相交于一點(diǎn)Q，點(diǎn)Q與點(diǎn)P不重合，上連桿5與中連桿4通過球面副S3連接。
[0040]如圖2所示是RSRR型支鏈立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖，RSRR型支鏈由下連桿3、中連桿4、上連桿5組成，下連桿3與定平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl軸線與中心軸線L相交于一點(diǎn)P，下連桿3與中連桿4通過球面副S2連接;上連桿5與動(dòng)平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R4連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副R4軸線與中心軸線L相交于一點(diǎn)Q，點(diǎn)Q與點(diǎn)P不重合，上連桿5與中連桿4通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R3連接，轉(zhuǎn)動(dòng)副R3軸線過所述點(diǎn)Q。
[0041 ] 如圖3所示是RRRR型支鏈立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖，RRRR型支鏈由下連桿3、中連桿4、上連桿5組成，下連桿3與定平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl軸線與中心軸線L相交于一點(diǎn)P，下連桿3與中連桿4通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R2連接，轉(zhuǎn)動(dòng)副R2軸線過所述點(diǎn)P;上連桿5與動(dòng)平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R4連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副R4軸線與中心軸線L相交于一點(diǎn)Q，點(diǎn)Q與點(diǎn)P