專利名稱：一種具有運動分岔特性的并聯機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及機器人技術領域，特別涉及一種具有運動分岔特性的并聯機構。
背景技術：
傳統的機構學研究的一般是具有固定自由度特性的機構。隨著科技的發展，在工業生產和應用領域，需要應用一些具有多個工作階段、多功能和靈巧操作能力的集成化設備。在這種背景下，可重構機構引起了學者們的廣泛關注，包括變胞機構，運動分岔機構和運動限定機構。自由度為三并聯機構在工業生產和科學研究中中得到了廣泛的應用，如三平移自由度的取放機構，兩移動一轉動、兩轉動一移動和三轉動自由度的運動模擬器等等。典型的三自由度并聯機構包括Delta機構，球面機構等等，都只有固定的自由度特性，無法適應多 任務工作環境。

發明內容
本發明要解決的問題是提出一種具有運動分岔特性的并聯機構，它可以實現四種不同的空間三自由度運動，能適應多任務工作環境。本發明解決其技術問題采用的技術方案是一種具有運動分岔特性的并聯機構，該并聯機構包括動平臺、定平臺和第一、二、三支鏈。動平臺為正三角形，其三個頂點上分別焊接第一、第二、第三圓柱套，三個圓柱套的軸線相交于一點O。第一支鏈包括運動限定機構、移動滑軌、第一上部連接桿。運動限定機構包括底座、第一電機座、第二電機座、第一驅動電機、第二驅動電機、第一聯軸器、第二聯軸器、第一主軸、第二主軸、第 h字套、第二十字套、第一鍵、第二鍵、第一銷軸、第二銷軸、第三銷軸、第四銷軸、連桿一、連桿二、第一轉軸、第二轉軸、第一螺母、第二螺母、連桿三。構成運動限定機構的零部件之間的連接為第一電機座和第二電機座固定在底座上，第一驅動電機和第二驅動電機分別安裝在第一電機座和第二電機座上。第一^h字套的一個同軸通孔通過第一鍵與第一主軸相連；第一主軸安裝在底座上的橫向U形端上的兩個通孔內，第一主軸的a段軸通過第一聯軸器與第一驅動電機相連。第二十字套的一個同軸通孔通過第二鍵與第二主軸相連；第二主軸安裝在底座上的縱向U形端上的兩個通孔內，第二主軸的a段軸通過第二聯軸器與第二驅動電機相連。第一十字套的另一個同軸通孔的兩端分別通過第一銷軸和第二銷軸與連桿一的U形端相連；第二十字套的另一個同軸通孔的兩端分別通過第三銷軸和第四銷軸與連桿二的U形端相連，連桿一和連桿二分別與底座形成虎克鉸。
連桿一的圓柱套端通過第一轉軸和第一螺母與連桿三的一個U形端相連形成轉動副，連桿二的圓柱套端通過第二轉軸和第二螺母與連桿三的另一個U形端相連形成轉動副。底座的橫向U形端上的兩個通孔的公共軸線與底座的縱向U形端上的兩個通孔的公共軸線相互垂直。底座的橫向U形端上的兩個通孔的公共軸線通過底座的縱向U形端上的兩個通孔的公共軸線的中點N。連桿一的圓柱套的軸線與連桿一的U形端上的兩個通孔的公共軸線相互平行。連桿二的圓柱套的軸線與連桿二的U形端上的兩個通孔的公共軸線相互垂直。
連桿三的一個U形端上的兩個通孔的公共軸線與連桿三的另一個U形端上的兩個通孔的公共軸線相互平行。底座的橫向U形端上的兩個通孔的公共軸線的中點M與底座的縱向U形端上的兩個通孔的公共軸線的中點N的距離等于連桿三的一個U形端上的兩個通孔的公共軸線與連桿三的另一個U形端上的兩個通孔的公共軸線之間的距離。連桿一的圓柱套的軸線與連桿一的U形端上的兩個通孔的公共軸線的距離等于連桿二的圓柱套的軸線與連桿二的U形端上的兩個通孔的公共軸線的距離。移動滑軌包括第一移動滑桿和第二移動滑桿。第一支鏈中，第一移動滑桿的一端焊接在連桿三的中部，第一移動滑桿的另一端和第二移動滑桿的一端楔合形成移動副；第二移動滑桿另一端的圓柱套與第一上部連接桿的光軸端間隙配合，形成圓柱副；移動副的移動軸線、圓柱副的軸線和第一主軸的軸線兩兩垂直。第一、二、三支鏈結構相同。第一上部連接桿的環形槽端的配合段L1中心S1到第一上部連接桿的環形槽端軸線與第一上部連接桿的光軸端軸線交點T1的距離等于第一圓柱套軸線中心R1到O點的距離。第二上部連接桿的環形槽端的配合段L2中心S2到第二上部連接桿的環形槽端軸線與第二上部連接桿的光軸端軸線交點T2的距離等于第二圓柱套軸線中心R2到O點的距離。第三上部連接桿的環形槽端的配合段L3中心S3到第三上部連接桿的環形槽端軸線與第三上部連接桿的光軸端軸線交點T3的距離等于第三圓柱套軸線中心R3到O點的距離。構成具有運動分岔特性的并聯機構的零部件之間的連接第一支鏈通過第一支鏈的第一裝配面與定平臺的第一裝配面貼合、第一支鏈的第二裝配面與定平臺的第二裝配面齊平、第一支鏈的第三裝配面與定平臺的第三裝配面齊平固定在定平臺上；第一上部連接桿的環形槽端與第一圓柱套間隙配合，形成轉動副，采用第
一^^簧定位。第二支鏈通過第二支鏈的第一裝配面與定平臺的第四裝配面貼合、第二支鏈的第二裝配面與定平臺的第五裝配面齊平、第二支鏈的第三裝配面與定平臺的第六裝配面齊平固定在定平臺上；第二上部連接桿的環形槽端與第二圓柱套間隙配合，形成轉動副，采用第二卡簧定位。第三支鏈通過第三支鏈的第一裝配面與定平臺的第七裝配面貼合、第三支鏈的第二裝配面與定平臺的第八裝配面貼合、第三支鏈的第三裝配面與定平臺的第九裝配面貼合固定在定平臺上；第三上部連接桿的環形槽端與第三圓柱套間隙配合，形成轉動副，采用第三卡簧定位。本發明的有益效果本發明將一種運動限定機構引入并聯機構的設計中，得到了一種具有對稱結構的并聯機構。通過控制其中的運動限定機構進入不同的工作模式，整體機構可以實現四種不同的空間三自由度運動，包括三移動運動，三轉動運動，兩移動一轉動運動和兩轉動一移動運動。它能適應多任務工作環境。


圖1為具有運動分岔特性的并聯機構的結構示意圖；圖2為為動平臺示意圖；圖3為第一支鏈結構示意圖；圖4為第二支鏈結構示意圖；圖5為第三支鏈結構示意圖；圖6為運動限定機構立體圖；圖7為運動限定機構主視圖；圖8為運動限定機構后視圖；圖9為圖7的A-A剖面圖；圖10為圖7的B-B剖視圖；圖11為底座不意圖；圖12為連桿一示意圖；圖13為連桿二示意圖；圖14為連桿三示意圖；
圖15為移動滑軌整體示意圖；圖16為圖11的C-C向視圖；圖17為圖11的D-D向視圖；圖18為第一支鏈與動平臺連接示意圖；圖19為定平臺示意圖；圖20為第一、第二十字套示意圖；圖21為第一、第二主軸示意圖；圖22為運動限定機構進入工作模式一；圖23為運動限定機構進入工作模式二 ；圖中底座1、第一電機座2、第二電機座3、第一驅動電機4、第二驅動電機5、第一聯軸器6、第二聯軸器7、第一主軸8、第二主軸9、第一^h字套10、第二十字套11、第一鍵12、第二鍵13、第一銷軸14、第二銷軸15、第三銷軸16、第四銷軸17、連桿一 18、連桿二 19、第一轉軸20、第二轉軸21、第一螺母22、第二螺母23、連桿三24、第一移動滑桿25、第二移動滑桿26、第一上部連接桿27-1、第二上部連接桿27-2、第一^^簧28_1、第二卡簧28_2、第三卡簧28-3、動平臺29、定平臺30、運動限定機構31、移動滑軌32、第一支鏈33、第二支鏈34、第三支鏈35、第一圓柱套38、第二圓柱套39、第三圓柱套40、定平臺的第一裝配面41、定平臺的第二裝配面42、定平臺的第三裝配面43、定平臺的第四裝配面44、定平臺的第五裝配面45、定平臺30第六裝配面46、定平臺30第七裝配面47、定平臺的第八裝配面48、定平臺的第九裝配面49、第一支鏈的第一裝配面50、第一支鏈的第二裝配面51、第一支鏈的第三裝配面52、第一上部連接桿27-1的環形槽端53、第二支鏈的第一裝配面54、第二支鏈的第二裝配面55、第二支鏈的第三裝配面56、第二上部連接桿27-2的環形槽端57、第三支鏈的第一裝配面58、第三支鏈36第二裝配面59、第三支鏈的第三裝配面60、第三上部連接桿27_3的環形槽端61。
具體實施方式

結合附圖對本發明做進一步說明。一種具有運動分岔特性的并聯機構，如圖1，該并聯機構包括動平臺29、定平臺30和第一、二、三支鏈33、34、35。動平臺29為正三角形，其三個頂點上分別焊接第一、第二、第三圓柱套38，39，40，三個圓柱套的軸線相交于一點0，如圖2。第一支鏈33，如圖3，包括運動限定機構31、移動滑軌32、第一上部連接桿27_1。運動限定機構31，如圖6、7、8、9、10、11、12、13、14、20、21，包括:底座1、第一電機座2、第二電機座3、第一驅動電機4、第二驅動電機5、第一聯軸器6、第二聯軸器7、第一主軸8、第二主軸9、第一^h字套10、第二十字套11、第一鍵12、第二鍵13、第一銷軸14、第二銷軸15、第三銷軸16、第四銷軸17、連桿一 18、連桿二 19、第一轉軸20、第二轉軸21、第一螺母22、第二螺母23、連桿三24。構成運動限定機構31的零部件之間的連接為第一電機座2和第二電機座3固定在底座I上，第一驅動電機4和第二驅動電機5分別安裝在第一電機座2和第二電機座3上。第一^h字套10的一個同軸通孔通過第一鍵12與第一主軸8相連；第一主軸8安裝在底座I上的橫向U形端上的兩個通孔內，第一主軸的a段軸通過第一聯軸器6與第一驅動電機4相連。第二十字套11的一個同軸通孔通過第二鍵13與第二主軸9相連；第二主軸9安裝在底座I上的縱向U形端上的兩個通孔內，第二主軸的a段軸通過第二聯軸器7與第二驅動電機5相連。第一十字套10的另一個同軸通孔的兩端分別通過第一銷軸14和第二銷軸15與連桿一 18的U形端相連；第二十字套11的另一個同軸通孔的兩端分別通過第三銷軸16和第四銷軸17與連桿二 19的U形端相連，連桿一 18和連桿二 19分別與底座I形成虎克鉸。連桿一 18的圓柱套端通過第一轉軸20和第一螺母22與連桿三24的一個U形端相連形成轉動副，連桿二 19的圓柱套端通過第二轉軸21和第二螺母23與連桿三24的另一個U形端相連形成轉動副。底座I的橫向U形端上的兩個通孔的公共軸線與底座I的縱向U形端上的兩個通孔的公共軸線相互垂直。底座I的橫向U形端上的兩個通孔的公共軸線通過底座I的縱向U形端上的兩個通孔的公共軸線的中點N。連桿一 18的圓柱套的軸線與連桿一 18的U形端上的兩個通孔的公共軸線相互平行。連桿二 19的圓柱套的軸線與連桿二 19的U形端上的兩個通孔的公共軸線相互垂直。連桿三24的一個U形端上的兩個通孔的公共軸線與連桿三24的另一個U形端上的兩個通孔的公共軸線相互平行。底座I的橫向U形端上的兩個通孔的公共軸線的中點M與底座I的縱向U形端上的兩個通孔的公共軸線的中點N的距離等于連桿三24的一個U形端上的兩個通孔的公共軸線與連桿三24的另一個U形端上的兩個通孔的公共軸線之間的距離。連桿一 18的圓柱套的軸線與連桿一 18的U形端上的兩個通孔的公共軸線的距離等于連桿二 19的圓柱套的軸線與連桿二 19的U形端上的兩個通孔的公共軸線的距離。移動滑軌32如圖15、16、17，包括第一移動滑桿25和第二移動滑桿26。第一支鏈33中，第一移動滑桿25的一端焊接在連桿三24的中部，第一移動滑桿25的另一端和第二移動滑桿26的一端楔合形成移動副；第二移動滑桿26另一端的圓柱套36與第一上部連接桿27-1的光軸端間隙配合，形成圓柱副；移動副的移動軸線、圓柱副的軸線和第一主軸8的軸線兩兩垂直。第一、二、三支鏈33、34、35結構相同，如圖3、4、5。第一上部連接桿27-1的環形槽端53的配合段L1中心S1到第一上部連接桿27_1的環形槽端53軸線與第一上部連接桿27-1的光軸端軸線交點T1的距離等于第一圓柱套38軸線中心R1到O點的距離，如圖2,3 ；第二上部連接桿27-2的環形槽端57的配合段L2中心S2到第二上部連接桿27_2的環形槽端57軸線與第二上部連接桿27-2的光軸端軸線交點T2的距離等于第二圓柱套39軸線中心R2到O點的距離，如圖2,4 ；第三上部連接桿27-3的環形槽端61的配合段L3中心S3到第三上部連接桿27_3的環形槽端61軸線與第三上部連接桿27-3的光軸端軸線交點T3的距離等于第三圓柱套40軸線中心R3到O點的距離，如圖2、5。構成具有運動分岔特性的并聯機構的零部件之間的連接第一支鏈33通過第一支鏈的第一裝配面50與定平臺的第一裝配面41貼合、第一支鏈的第二裝配面51與定平臺的第二裝配面42齊平、第一支鏈的第三裝配面52與定平臺的第三裝配面43齊平固定在定平臺30上；第一上部連接桿27-1的環形槽端53與第一圓柱套38間隙配合，形成轉動副，采用第一卡簧28-1定位，如圖1、18、19。第二支鏈34通過第二支鏈的第一裝配面54與定平臺的第四裝配面44貼合、第二支鏈的第二裝配面55與定平臺的第五裝配面45齊平、第二支鏈的第三裝配面56與定平臺的第六裝配面46齊平固定在定平臺30上；第二上部連接桿27-2的環形槽端57與第二圓柱套39間隙配合，形成轉動副，采用第二卡簧28-2定位，如圖1。第三支鏈35通過第三支鏈的第一裝配面58與定平臺的第七裝配面47貼合、第三支鏈的第二裝配面59與定平臺的第八裝配面48齊平、第三支鏈的第三裝配面60與定平臺的第九裝配面49齊平固定在定平臺30上；第三上部連接桿27-3的環形槽端61與第三圓柱套40間隙配合，形成轉動副，采用第三卡簧28-3定位，如圖1。通過第一驅動電機4和第二驅動電機5的驅動，運動限定機構進入工作模式一或工作模式二，如圖22、23。通過控制并聯機構中三個運動限定機構進入不同的工作模式，機構的動平臺29能實現四種不同的空間三自由度運動三移動運動,三轉動運動,兩移動一轉動運動和兩轉動一移動運動。
權利要求
1.一種具有運動分岔特性的并聯機構，其特征在于，該并聯機構包括動平臺(29)、定平臺(30)和第一、二、三支鏈(33、34、35)；動平臺(29)為正三角形，其三個頂點上分別焊接第一、第二、第三圓柱套(38，39，40)， 三個圓柱套的軸線相交于一點O ;第一支鏈(33)包括運動限定機構(31)、移動滑軌(32)、第一上部連接桿(27-1)； 運動限定機構(31)包括底座(I)、第一電機座(2)、第二電機座(3)、第一驅動電機(4)、第二驅動電機(5)、第一聯軸器(6)、第二聯軸器(7)、第一主軸(8)、第二主軸(9)、 第一^h字套(10)、第二十字套(11)、第一鍵(12)、第二鍵(13)、第一銷軸(14)、第二銷軸(15)、第三銷軸(16)、第四銷軸(17)、連桿一(18)、連桿二(19)、第一轉軸(20)、第二轉軸 (21)、第一螺母(22)、第二螺母(23)、連桿三(24)；構成運動限定機構(31)的零部件之間的連接為第一電機座(2)和第二電機座(3)固定在底座(I)上，第一驅動電機(4)和第二驅動電機(5)分別安裝在第一電機座(2)和第二電機座(3)上；第一十字套(10)的一個同軸通孔通過第一鍵(12)與第一主軸(8)相連；第一主軸(8) 安裝在底座(I)上的橫向U形端上的兩個通孔內，第一主軸的a段軸通過第一聯軸器(6) 與第一驅動電機(4)相連；第二十字套(11)的一個同軸通孔通過第二鍵(13)與第二主軸(9)相連；第二主軸(9) 安裝在底座(I)上的縱向U形端上的兩個通孔內，第二主軸的a段軸通過第二聯軸器(7) 與第二驅動電機(5)相連；第一十字套(10)的另一個同軸通孔的兩端分別通過第一銷軸(14)和第二銷軸(15) 與連桿一(18)的U形端相連；第二十字套(11)的另一個同軸通孔的兩端分別通過第三銷軸(16)和第四銷軸(17)與連桿二(19)的U形端相連，連桿一(18)和連桿二(19)分別與底座(I)形成虎克鉸；連桿一(18)的圓柱套端通過第一轉軸(20)和第一螺母(22)與連桿三(24)的一個U 形端相連形成轉動副，連桿二(19)的圓柱套端通過第二轉軸(21)和第二螺母(23)與連桿三(24)的另一個U形端相連形成轉動副；底座(I)的橫向U形端上的兩個通孔的公共軸線與底座(I)的縱向U形端上的兩個通孔的公共軸線相互垂直；底座(I)的橫向U形端上的兩個通孔的公共軸線通過底座(I)的縱向U形端上的兩個通孔的公共軸線的中點N ；連桿一(18)的圓柱套的軸線與連桿一(18)的U形端上的兩個通孔的公共軸線相互平行；連桿二(19)的圓柱套的軸線與連桿二(19)的U形端上的兩個通孔的公共軸線相互垂直；連桿三(24)的一個U形端上的兩個通孔的公共軸線與連桿三(24)的另一個U形端上的兩個通孔的公共軸線相互平行；底座(I)的橫向U形端上的兩個通孔的公共軸線的中點M與底座(I)的縱向U形端上的兩個通孔的公共軸線的中點N的距離等于連桿三(24)的一個U形端上的兩個通孔的公共軸線與連桿三(24)的另一個U形端上的兩個通孔的公共軸線之間的距離；連桿一(18)的圓柱套的軸線與連桿一(18)的U形端上的兩個通孔的公共軸線的距離等于連桿二(19)的圓柱套的軸線與連桿二(19)的U形端上的兩個通孔的公共軸線的距離；移動滑軌(32)包括第一移動滑桿(25)和第二移動滑桿(26)；第一支鏈(33)中，第一移動滑桿(25)的一端焊接在連桿三(24)的中部，第一移動滑桿(25)的另一端和第二移動滑桿(26)的一端楔合形成移動副；第二移動滑桿(26)另一端的圓柱套(36)與第一上部連接桿(27-1)的光軸端間隙配合，形成圓柱副；移動副的移動軸線、圓柱副的軸線和第一主軸(8)的軸線兩兩垂直；第一、二、三支鏈(33、34、35)結構相同；第一上部連接桿(27-1)的環形槽端(53)的配合段L1中心S1到第一上部連接桿(27-1) 的環形槽端(53)軸線與第一上部連接桿(27-1)的光軸端軸線交點T1的距離等于第一圓柱套(38)軸線中心R1到O點的距離；第二上部連接桿(27-2)的環形槽端(57)的配合段L2中心S2到第二上部連接桿(27-2) 的環形槽端(57)軸線與第二上部連接桿(27-2)的光軸端軸線交點T2的距離等于第二圓柱套(39)軸線中心R2到O點的距離；第三上部連接桿(27-3)的環形槽端￠1)的配合段L3中心S3到第三上部連接桿(27-3) 的環形槽端(61)軸線與第三上部連接桿(27-3)的光軸端軸線交點T3的距離等于第三圓柱套(40)軸線中心R3到O點的距離；構成具有運動分岔特性的并聯機構的零部件之間的連接第一支鏈(33)通過第一支鏈的第一裝配面(50)與定平臺的第一裝配面(41)貼合、第一支鏈的第二裝配面(51)與定平臺的第二裝配面(42)齊平、第一支鏈的第三裝配面(52) 與定平臺的第三裝配面(43)齊平固定在定平臺(30)上；第一上部連接桿(27-1)的環形槽端(53)與第一圓柱套(38)間隙配合，形成轉動副，采用第一卡簧(28-1)定位； 第二支鏈(34)通過第二支鏈的第一裝配面(54)與定平臺的第四裝配面(44)貼合、第二支鏈的第二裝配面(55)與定平臺的第五裝配面(45)齊平、第二支鏈的第三裝配面(56) 與定平臺的第六裝配面(46)齊平固定在定平臺(30)上；第二上部連接桿(27-2)的環形槽端(57)與第二圓柱套(39)間隙配合，形成轉動副，采用第二卡簧(28-2)定位；第三支鏈(35)通過第三支鏈的第一裝配面(58)與定平臺的第七裝配面(47)貼合、第三支鏈的第二裝配面(59)與定平臺的第八裝配面(48)齊平、第三支鏈的第三裝配面(60) 與定平臺的第九裝配面(49)齊平固定在定平臺(30)上；第三上部連接桿(27-3)的環形槽端(61)與第三圓柱套(40)間隙配合，形成轉動副，采用第三卡簧(28-3)定位。
全文摘要
一種具有運動分岔特性的并聯機構，涉及機器人技術領域。解決了傳統并聯機構不能適應多任務工作環境的問題。該機構包括動平臺(29)、定平臺(30)和第一、二、三支鏈(33、34、35)。第一支鏈(33)包括一個運動限定機構(31)，一個移動滑軌(32)和一個上部連接桿(27-1)。通過第一驅動電機(4)和第二驅動電機(5)的驅動，運動限定機構(31)可以進入兩個不同的工作模式。三條支鏈結構相同。每條支鏈通過三個裝配面定位并安裝在定平臺(30)上；通過第一、二、三上部連接桿(27-1、27-2、27-3)上的環形槽端(53、57、61)和動平臺(29)上的第一、二、三圓柱套(38、39、40)相連。通過控制并聯機構中三個運動限定機構進入不同的工作模式，機構的動平臺(29)可以實現四種不同的空間三自由度運動。
文檔編號B25J9/00GK103009380SQ201210591128
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者葉偉, 方躍法, 郭盛, 曲海波 申請人:北京交通大學