專利名稱：僅含轉動副的精確直線運動機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種僅包含連桿與旋轉副的直線運動機構，它可以用作機械臂或操作手的直線運動關節。
背景技術：
直線運動機構在制造裝備、機器人、內燃機等領域有著非常廣泛的應用。然而，現有的實現直線運動的手段大都依靠移動副約束實現，如曲柄滑塊機構、凸輪機構、螺旋副機構、齒輪齒條機構等，該方式的缺點是加工制造復雜、成本高。雖然也有一些依靠連桿與旋轉副實現的直線運動機構，但大部分為近似直線運動機構，如瓦特近似直線運動機構等，該類機構的缺點是運動的精度較低，對加工制造裝配要求同樣也較高。盡管也可以利用連桿和旋轉副實現的準確直線運動機構，但都存在機構連桿約束關系復雜、各連桿對尺寸與裝配形式要求苛刻，運動空間與體積比較小等缺點，因此并沒有獲得實際應用。這種情況下， 設計一種結構簡單、易于實現且僅存在旋轉關節的精確直線運動機構為機器人與機構設計提供新的解決方案將具有重要意義。

發明內容
本發明的目的在于克服現有利用移動副實現直線運動存在制造困難、重量大等方面的不足，提供一種體積小、運動范圍大、精確度高的僅含轉動副的精確直線運動機構。為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是僅含轉動副的精確直線運動機構，它包括由固定平臺、驅動搖桿、連桿、移動平臺組成的驅動支鏈，所述的驅動搖桿的一端通過旋轉副與固定平臺側壁旋轉相連，驅動搖桿的另一端通過旋轉副與連桿的一端旋轉相連，所述的連桿的另一端通過旋轉副與移動平臺的側壁轉動相連，所述驅動支鏈的各旋轉副的軸線相互平行設置；約束連桿和所述的固定平臺、所述的移動平臺構成約束支鏈，所述的約束連桿不少于兩個并且設置在所述的固定平臺和移動平臺之間，相鄰設置的約束連桿之間通過旋轉副轉動相連，最下部的約束連桿的下端通過旋轉副與所述的固定平臺頂面轉動相連，最上部的約束連桿的上端通過旋轉副與所述的移動平臺底面轉動相連，所述的約束支鏈的各旋轉副的軸線相互平行設置，所述的驅動支鏈各旋轉副軸線與所述的約束支鏈各旋轉副軸線的夾角大于0°并不大于90°。本發明的優點在于1)本直線運動機構僅含旋轉副，與包含移動副的直線運動機構相比，具有重量輕， 運動范圍大，制造方便且成本低等優點；2)與通過移動副實現的直線運動機構相比，本發明可容易實現反向驅動；3)本發明為精確直線運動機構，與通過連桿實現的近似直線運動機構相比，運動精度更高；4)與通過包含兩組相同支鏈的Sarrut機構相比，本發明的機構結構更為緊湊、體積更小。


圖1為本發明僅含旋轉副的精確直線運動機構示意圖；圖2為圖1所示的機構伸展后的示意圖；圖3為圖1所示的機構收縮后的示意圖；圖4為本發明的僅含旋轉副的精確直線運動機構的直線運動過程的示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細描述。如附圖所示的本發明的僅含轉動副的精確直線運動機構，它包括由固定平臺1、驅動搖桿3、連桿4、移動平臺2組成的驅動支鏈，所述的驅動搖桿3的一端通過旋轉副與固定平臺側壁旋轉相連，驅動搖桿3的另一端通過旋轉副與連桿4的一端旋轉相連，所述的連桿 4的另一端通過旋轉副與移動平2臺的側壁轉動相連，所述驅動支鏈的各旋轉副的軸線相互平行設置；約束連桿5和所述的固定平臺1、所述的移動平臺2構成約束支鏈，所述的約束連桿不少于兩個并且設置在所述的固定平臺和移動平臺之間，相鄰設置的約束連桿之間通過旋轉副轉動相連，最下部的約束連桿的下端通過旋轉副與所述的固定平臺頂面轉動相連，最上部的約束連桿的上端通過旋轉副與所述的移動平臺底面轉動相連，所述約束支鏈的各旋轉副的軸線相互平行設置，所述的驅動支鏈各旋轉副軸線與所述的約束支鏈各旋轉副軸線的夾角大于0°并小于不大于90°。本發明機構中的各旋轉副可以采用常規的轉軸結構。優選的所述的驅動支鏈各旋轉副軸線與所述的約束支鏈各旋轉副軸線的夾角為 90度，這種情況容易保證系統的加工裝配精度，結構約束也更為合理。優選的每個約束連桿5的長度和寬度一般采用小于固定平臺1與移動平臺2各相關外形尺寸的設計，以方便在固定平臺1與移動平臺2之間設計伸縮套包覆各約束連桿5， 提高機構的外觀效果。當所述的驅動支鏈各旋轉副軸線與所述的約束支鏈各旋轉副軸線的夾角不為0 度時，則驅動搖桿3在驅動下旋轉時，所述的移動平臺2便可以在本發明機構的約束下相對于固定平臺1沿驅動支鏈旋轉副軸線與約束支鏈旋轉副軸線的公法線方向作精確直線運動，圖2示出了移動平臺2運動至最上端時的情況，圖3示出了移動平臺2移動至最下端時的情況，圖4可形象地表示移動平臺2的移動過程。優選的驅動支鏈旋轉副軸線與約束支鏈旋轉副軸線的夾角為90度。本發明機構可以采用將電機輸出軸與驅動搖桿固定相連而電機座固定于固定平臺之上的電機對驅動搖桿進行驅動，進而實現移動平臺的直線運動。以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，采用其它形式的零件構型、驅動裝置以及連接方式不經創造性的設計與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.僅含轉動副的精確直線運動機構，其特征在于它包括由固定平臺、驅動搖桿、連桿、移動平臺組成的驅動支鏈，所述的驅動搖桿的一端通過旋轉副與固定平臺側壁旋轉相連，驅動搖桿的另一端通過旋轉副與連桿的一端旋轉相連，所述的連桿的另一端通過旋轉副與移動平臺的側壁轉動相連，所述驅動支鏈的各旋轉副的軸線相互平行設置；約束連桿和所述的固定平臺、所述的移動平臺構成約束支鏈，所述的約束連桿不少于兩個并且設置在所述的固定平臺和移動平臺之間，相鄰設置的約束連桿之間通過旋轉副轉動相連，最下部的約束連桿的下端通過旋轉副與所述的固定平臺頂面轉動相連，最上部的約束連桿的上端通過旋轉副與所述的移動平臺底面轉動相連，所述約束支鏈的各旋轉副的軸線相互平行設置，所述的驅動支鏈各旋轉副軸線與所述的約束支鏈各旋轉副軸線的夾角大于0°并不大于90°。
2.根據權利要求1所述的僅含轉動副的精確直線運動機構，其特征在于所述的驅動支鏈各旋轉副軸線與所述的約束支鏈各旋轉副軸線的夾角為90度。
全文摘要
本發明公開了僅含轉動副的精確直線運動機構，它包括由固定平臺、驅動搖桿、連桿、移動平臺組成的驅動支鏈，驅動搖桿的一端與固定平臺旋轉相連，驅動搖桿的另一端與連桿的一端旋轉相連，連桿的另一端與移動平臺轉動相連，驅動支鏈的各旋轉副的軸線相互平行設置；約束連桿和固定平臺、移動平臺構成約束支鏈，約束連桿不少于兩個并且設置在所述的固定平臺和移動平臺之間，相鄰設置的約束連桿之間通過旋轉副轉動相連，最下部的約束連桿的下端通過旋轉副與固定平臺頂面轉動相連，最上部的約束連桿的上端通過旋轉副與移動平臺底面轉動相連，約束支鏈的各旋轉副的軸線相互平行設置。本機構運動范圍大、運動精度更高，體積更小。
文檔編號B25J17/00GK102152317SQ20111007749
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月29日 優先權日2011年3月29日
發明者張國凱, 戴建生, 李建民, 王樹新, 魏國武 申請人:天津大學