專利名稱：一種二自由度平動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人機(jī)構(gòu)，特別是涉及一種二自由度平動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
少自由度并聯(lián)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉和控制容易等優(yōu)勢(shì)，在食品、醫(yī)藥、 電子以及其他輕工行業(yè)中廣泛用于抓放和裝箱的操作環(huán)節(jié)中，有很好的應(yīng)用前景。專利文獻(xiàn)CN1355087A公開(kāi)了一種僅含有轉(zhuǎn)動(dòng)副的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)和兩對(duì)各含有兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)的支鏈。專利文獻(xiàn)CN101642907A公開(kāi)了一種二自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括基座，動(dòng)平臺(tái)以及分別連接基座和動(dòng)平臺(tái)的兩條主動(dòng)支鏈和一條被動(dòng)支鏈。上述機(jī)構(gòu)的局限性在于前者的兩支鏈處于同一平面，即機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平面，機(jī)構(gòu)垂直于該平面方向的剛度較差，不利于機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定。后者雖然采用了第一條被動(dòng)支鏈，但該支鏈只能起姿態(tài)保持作用，不提供垂直運(yùn)動(dòng)平面的約束反力，側(cè)向剛度較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種側(cè)向剛度好，設(shè)計(jì)巧妙的二自由度平動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種二自由度平動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架、驅(qū)動(dòng)裝置、動(dòng)平臺(tái)以及連接在所述固定架和所述動(dòng)平臺(tái)之間的四條支鏈，每一條支鏈均包括一近架桿和與其相連的兩個(gè)平行且等長(zhǎng)的遠(yuǎn)架桿，所述驅(qū)動(dòng)裝置安裝在所述固定架上，所述四條支鏈由相對(duì)布置的第一主動(dòng)鏈和第二主動(dòng)鏈以及相對(duì)布置的第一被動(dòng)鏈和第二被動(dòng)鏈組成；所述第一主動(dòng)鏈和第二主動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)相同，它們的近架桿各由一所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，且它們的活動(dòng)平面為同一平面或兩個(gè)平行平面；所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)相同并呈面對(duì)稱布置，所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈的活動(dòng)平面分別與所述第一主動(dòng)鏈和所述第二主動(dòng)鏈的活動(dòng)平面相交；所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈通過(guò)連接在它們近架桿之間的反向等比傳動(dòng)裝置連接。所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈近架桿的一端分別與所述固定架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端分別通過(guò)兩個(gè)球鉸鏈與相應(yīng)被動(dòng)鏈兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的一端連接，所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的另一端分別通過(guò)兩個(gè)球鉸鏈和所述動(dòng)平臺(tái)連接，并且每條被動(dòng)鏈近架桿上的兩個(gè)球鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)上與其對(duì)應(yīng)的兩個(gè)球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等。所述第一主動(dòng)鏈和所述第二主動(dòng)鏈兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的兩端分別通過(guò)兩個(gè)球鉸鏈與相應(yīng)主動(dòng)鏈近架桿和所述動(dòng)平臺(tái)連接，并且每條主動(dòng)鏈近架桿上的兩個(gè)球鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)上與其相應(yīng)的兩個(gè)球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等；在所述第一主動(dòng)鏈和所述第二主動(dòng)鏈兩個(gè)遠(yuǎn)架桿之間添加有與它們垂直固接的多個(gè)約束桿。所述第一主動(dòng)鏈和所述第二主動(dòng)鏈兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的兩端分別與與其相應(yīng)的主動(dòng)鏈近架桿和所述動(dòng)平臺(tái)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，并且每條主動(dòng)鏈近架桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與動(dòng)平臺(tái)上與其相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。所述反向等比傳動(dòng)裝置為外嚙合齒輪組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、交叉皮帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的任意一種。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是兩個(gè)被動(dòng)支鏈通過(guò)近架桿上的反向等比傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)約束和側(cè)向運(yùn)動(dòng)的過(guò)約束，大大提高了機(jī)構(gòu)的側(cè)向剛度和動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)保持能力，便于實(shí)現(xiàn)高速、高加速度運(yùn)動(dòng)，同時(shí)亦可改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度，為此類(lèi)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮更好的運(yùn)動(dòng)特性提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明某一角度的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、第一主動(dòng)鏈，2、第二主動(dòng)鏈，3、第一被動(dòng)鏈，4、第二被動(dòng)鏈，5、固定架，6a、 6b、驅(qū)動(dòng)裝置，7a d、近架桿，8a、8b、齒輪，9a、9b、遠(yuǎn)架桿，10、約束桿，11、動(dòng)平臺(tái)，12、吸
ο
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下請(qǐng)參閱圖1 圖2，一種二自由度平動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架5、動(dòng)平臺(tái)11 以及連接在固定架5和動(dòng)平臺(tái)11之間的四條支鏈，每一條支鏈均包括一近架桿和與其相連的兩個(gè)平行且等長(zhǎng)的遠(yuǎn)架桿9a、9b。驅(qū)動(dòng)裝置6a、6b安裝在固定架5上，四條支鏈由第一主動(dòng)鏈1，第二主動(dòng)鏈2，第一被動(dòng)鏈3和第二被動(dòng)鏈4組成；相對(duì)布置的第一主動(dòng)鏈1和第二主動(dòng)鏈2結(jié)構(gòu)相同，活動(dòng)平面為同一平面或兩個(gè)平行平面，第一主動(dòng)鏈1和第二主動(dòng)鏈2的近架桿7a、7b分別與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置eajb連接。相對(duì)布置的第一被動(dòng)鏈3和第二被動(dòng)鏈4結(jié)構(gòu)相同并呈面對(duì)稱布置，第一被動(dòng)鏈3 和第二被動(dòng)鏈4的活動(dòng)平面分別與第一主動(dòng)鏈1和第二主動(dòng)鏈2的活動(dòng)平面相交；第一被動(dòng)鏈3和第二被動(dòng)鏈4近架桿7c、7d的一端分別與固定架5轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一被動(dòng)鏈3和第二被動(dòng)鏈4通過(guò)固接在它們近架桿7c、7d之間的齒輪8a、8b相互嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)耦合運(yùn)動(dòng)， 保證其對(duì)動(dòng)平臺(tái)11姿態(tài)的約束和沿垂直動(dòng)平臺(tái)活動(dòng)平面方向的過(guò)約束作用。第一被動(dòng)鏈 3和第二被動(dòng)鏈4的兩個(gè)遠(yuǎn)架桿9a、9b的兩端分別通過(guò)兩個(gè)球鉸鏈與相應(yīng)被動(dòng)鏈近架桿的另一端、與動(dòng)平臺(tái)11連接，并且被動(dòng)鏈近架桿7c、7d上的兩個(gè)球鉸鏈的中心連線與動(dòng)平臺(tái) 11上與其對(duì)應(yīng)的兩個(gè)球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等。第一主動(dòng)鏈1和第二主動(dòng)鏈2兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的兩端分別通過(guò)兩個(gè)球鉸鏈與相應(yīng)主動(dòng)鏈的近架桿和動(dòng)平臺(tái)連接，并且主動(dòng)鏈近架桿7a、7b上的兩個(gè)球鉸鏈的中心連線與動(dòng)平臺(tái)上與其相應(yīng)的兩個(gè)球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等。在此基礎(chǔ)上，第一主動(dòng)鏈1和第二主動(dòng)鏈2的兩個(gè)遠(yuǎn)架桿9c、9d之間分別添加多個(gè)約束桿10，約束桿10垂直固接在兩個(gè)遠(yuǎn)架桿9c、9d之間，使每條主動(dòng)鏈的兩個(gè)遠(yuǎn)架桿只能做繞端部?jī)汕蜚q鏈中心連線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)實(shí)際工作需要，在動(dòng)平臺(tái)上安裝手爪或吸盤(pán)12等末端執(zhí)行器。
在第一和第二主動(dòng)鏈的約束下，動(dòng)平臺(tái)11在其活動(dòng)平面內(nèi)有兩個(gè)移動(dòng)自由度，和一個(gè)繞垂直于該活動(dòng)平面軸線的旋轉(zhuǎn)自由度，第一和第二被動(dòng)鏈約束動(dòng)平臺(tái)的上述旋轉(zhuǎn)自由度，保證動(dòng)平臺(tái)只有平動(dòng)自由度。第一和第二被動(dòng)鏈通過(guò)固接在近架桿之間的傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)耦合運(yùn)動(dòng)，提供沿垂直活動(dòng)平面方向的過(guò)約束作用。上述第一和第二被動(dòng)鏈之間的反向等比傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)，可以是外嚙合齒輪組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、交叉皮帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，還可以是其他符合反向等比傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)。另外，第一主動(dòng)鏈1和第二主動(dòng)鏈2的兩個(gè)遠(yuǎn)架桿并不限于上述結(jié)構(gòu)，也可以采用如下結(jié)構(gòu)第一主動(dòng)鏈1和第二主動(dòng)鏈2的兩個(gè)遠(yuǎn)架桿之間不加約束桿，兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的兩端分別與與其對(duì)應(yīng)的主動(dòng)鏈近架桿和動(dòng)平臺(tái)直接通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，并且每條主動(dòng)鏈近架桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與動(dòng)平臺(tái)11上與其相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其不同點(diǎn)在于1)采用兩被動(dòng)鏈對(duì)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行冗余約束，使其姿態(tài)保持能力增強(qiáng)。2)兩被動(dòng)鏈通過(guò)近架桿上的反向等比傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)了相互耦合作用，為機(jī)構(gòu)提供垂直運(yùn)動(dòng)平面的約束反力，提高側(cè)向剛度。3)兩被動(dòng)鏈之間傳動(dòng)裝置可以選用外嚙合齒輪，交叉齒形帶等常見(jiàn)的傳動(dòng)裝置， 制造方便，性能穩(wěn)定。該發(fā)明設(shè)計(jì)巧妙獨(dú)特，結(jié)構(gòu)緊湊，且剛性和穩(wěn)定性好，運(yùn)動(dòng)靈活，受力均勻，精度較高，使用壽命長(zhǎng)，便于實(shí)現(xiàn)高速、高加速度運(yùn)動(dòng)。盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種二自由度平動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架、驅(qū)動(dòng)裝置、動(dòng)平臺(tái)以及連接在所述固定架和所述動(dòng)平臺(tái)之間的四條支鏈，每一條支鏈均包括一近架桿和與其相連的兩個(gè)平行且等長(zhǎng)的遠(yuǎn)架桿，所述驅(qū)動(dòng)裝置安裝在所述固定架上，其特征在于所述四條支鏈由相對(duì)布置的第一主動(dòng)鏈和第二主動(dòng)鏈以及相對(duì)布置的第一被動(dòng)鏈和第二被動(dòng)鏈組成；所述第一主動(dòng)鏈和第二主動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)相同，它們的近架桿各由一所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，且它們的活動(dòng)平面為同一平面或兩個(gè)平行平面；所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)相同并呈面對(duì)稱布置，所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈的活動(dòng)平面分別與所述第一主動(dòng)鏈和所述第二主動(dòng)鏈的活動(dòng)平面相交；所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈通過(guò)連接在它們近架桿之間的反向等比傳動(dòng)裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度平動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈近架桿的一端分別與所述固定架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端分別通過(guò)兩個(gè)球鉸鏈與相應(yīng)被動(dòng)鏈兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的一端連接，所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的另一端分別通過(guò)兩個(gè)球鉸鏈和所述動(dòng)平臺(tái)連接，并且每條被動(dòng)鏈近架桿上的兩個(gè)球鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)上與其相應(yīng)的兩個(gè)球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二自由度平動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一主動(dòng)鏈和所述第二主動(dòng)鏈兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的兩端分別通過(guò)兩個(gè)球鉸鏈與相應(yīng)主動(dòng)鏈近架桿和所述動(dòng)平臺(tái)連接，并且每條主動(dòng)鏈近架桿上的兩個(gè)球鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)上與其相應(yīng)的兩個(gè)球鉸鏈的中心連線平行，且中心距相等；在所述第一主動(dòng)鏈和所述第二主動(dòng)鏈兩個(gè)遠(yuǎn)架桿之間添加有與它們垂直固接的多個(gè)約束桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二自由度平動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一主動(dòng)鏈和所述第二主動(dòng)鏈兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的兩端分別與與其對(duì)應(yīng)的主動(dòng)鏈近架桿和所述動(dòng)平臺(tái)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，并且每條主動(dòng)鏈近架桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與動(dòng)平臺(tái)上與其相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二自由度平動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述反向等比傳動(dòng)裝置為外嚙合齒輪組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、交叉皮帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種二自由度平動(dòng)過(guò)約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架、驅(qū)動(dòng)裝置、動(dòng)平臺(tái)以及連接在所述固定架和所述動(dòng)平臺(tái)之間的四條支鏈，所述四條支鏈由相對(duì)布置的第一主動(dòng)鏈和第二主動(dòng)鏈以及相對(duì)布置的第一被動(dòng)鏈和第二被動(dòng)鏈組成；所述第一主動(dòng)鏈和第二主動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)相同，它們的近架桿各由一所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，且它們的活動(dòng)平面為同一平面或兩個(gè)平行平面；所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)相同并呈面對(duì)稱布置，所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈的活動(dòng)平面分別與所述第一主動(dòng)鏈和所述第二主動(dòng)鏈的活動(dòng)平面相交；所述第一被動(dòng)鏈和所述第二被動(dòng)鏈通過(guò)連接在它們近架桿之間的反向等比傳動(dòng)裝置連接。本發(fā)明側(cè)向剛度好，設(shè)計(jì)巧妙。
文檔編號(hào)B25J9/08GK102554916SQ201210006520
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者倪雁冰, 劉松濤, 梅江平, 汪滿新, 白普俊, 趙學(xué)滿, 黃田 申請(qǐng)人:天津大學(xué)