一种可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构制造技术

本发明专利技术公开了一种可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构，包括固定架、动平台、大转轴、布置在所述大转轴与动平台之间的第一、第二支链以及布置在所述固定架和动平台之间的第三、第四支链；所述大转轴与固定架转动连接，所述第一和第二支链均包含转动叉、主动臂、两个平行且等长的从动臂，所述第一和第二支链均通过转动叉与大转轴固接，实现两个支链绕固定架同步转动连接；所述第三和第四支链均还包含连接轴，且通过连接轴实现与动平台的同轴转动连接。该并联机构动平台采用单平台的结构，具有结构简洁、动平台质量轻等特点，有利于实现高速度和高加速度的动态响应特性。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构
本专利技术涉及一种并联机构，特别是一种具有空间三维平动二维转动的五自由度并联机构。
技术介绍
空间三维平动二维转动的五自由度并联机构可满足测量、喷涂、搬运、装配等作业要求。专利文献CN103350417A公开了一种可实现三维平动二维转动的并联机构，包括固定架和动平台，固定架上固接有五个驱动装置，动平台包括中心板和垂直地贯穿于中心板中心位置的摇杆，中心板与摇杆之间采用虎克铰转动连接，摇杆的上端固定有两个球头杆；固定架与中心板之间连接有三条第一支链，固定架与两个球头杆之间连接有两条第二支链；中心板在三条第一支链的带动下实现三维平动，摇杆在两条第二支链带动下通过虎克铰实现相对于中心板的二维转动，从而使摇杆既有三个平动自由度，又有两个转动自由度。专利文献CN103350418A公开了一种高速五自由度并联机械手，包括固定架和动平台，固接在固定架上的五个驱动装置，以及五条结构相同的支链；每条支链由近架杆、上连接轴、两个平行且等长的远架杆和下连接轴构成一平行四边形结构；动平台包括水平布置的上平台和下平台，其中三条支链中的下连接轴设置在下平台上，另外两条支链中的下连接轴设置在上平台上，垂直于上、下平台贯穿的设置有一摇杆，摇杆与上、下平台之间均采用虎克铰转动连接；下平台在三条支链的带动下实现三维平动，上平台在摇杆和另外两条支链的共同作用下实现三维平动；虎克铰将上、下平台之间的相对移动转化为摇杆的二维转动，从而使摇杆既有三个平动自由度，又有两个转动自由度。上述机构动平台结构比较复制，且运动部件质量较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用单动平台的具有三维平动二维转动的并联机构。实现本专利技术目的的技术解决方案是：一种可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构，包括固定架、固接在固定架上的大转轴驱动装置、第一锥齿轮、第二锥齿轮、大转轴、动平台、布置在所述大转轴和动平台之间的第一支链和第二支链、布置在所述固定架与动平台之间的第三支链和第四支链，所述第一锥齿轮与固定架转动连接，且与所述大转轴驱动装置的驱动端固接，所述大转轴与固定架转动连接，所述大转轴的中部还固接有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮相啮合；包括第一支链转动叉、第一支链主动臂驱动装置、第一支链主动臂、第一支链第一从动臂和第一支链第二从动臂；所述第一支链转动叉与大转轴固接，所述第一支链主动臂的一端转动连接于第一支链转动叉内，且与所述第一支链主动臂驱动装置的驱动端固接，第一支链主动臂的另一端的两侧分别与第一支链第一从动臂、第一支链第二从动臂的一端连接，所述第一支链第一从动臂与第一支链第二从动臂平行且等长；第一支链第一从动臂、第一支链第二从动臂的另一端均与动平台连接；所述第二支链与第一支链结构完全相同，且与第一支链对称分布在大转轴的两端；连接第一支链转动叉与其主动臂的转动轴线和连接第二支链转动叉与其主动臂的转动轴线平行，且同连接所述大转轴和固定架的转动轴线垂直相交；所述第三支链包括第三支链转动叉、第三支链主动臂驱动装置、第三支链主动臂、第三支链第一从动臂、第三支链第二从动臂和第三支链连接轴，所述第三支链转动叉与固定架固接，所述第三支链主动臂的一端转动连接于第三支链转动叉内，且与所述第三支链主动臂驱动装置的驱动端固接，第三支链主动臂的另一端的两侧分别与第三支链第一从动臂、第三支链第二从动臂的一端连接，所述第三支链第一从动臂与第三支链第二从动臂平行且等长；第三支链第一动臂、第三支链第二从动臂的另一端均与第三支链连接轴连接，所述第三支链连接轴与动平台转动连接；所述第四支链与第三支链结构完全相同，且与第三支链以大转轴的轴线作为对称线对称分布在固定架的两侧；连接所述第三支链连接轴和动平台的转动轴线与连接所述第四支链连接轴和动平台的转动轴线共线；连接所述大转轴与固定架的转动轴线、连接所述第三支链主动臂和第三支链转动叉的转动轴线、以及连接所述第四支链主动臂和第四支链转动叉的转动轴线相互平行。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：本专利技术的一种可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构采用四条支链实现五个自由度，结构简单紧凑，动平台采用单平台的结构形式，大幅度的减少了动平台的质量，且驱动装置设置在固定架附近，有利于提高机构的动态响应特性，有利于实现高速和高加速度。附图说明图1为本专利技术实施例1的结构示意图。图2为本专利技术实施例1中支链的结构示意图。图3为本专利技术动平台及连接轴的结构示意图。图4为本专利技术T形轴的结构示意图。图5为本专利技术实施例2的结构示意图。图6为本专利技术实施例2中支链的结构示意图。图7为本专利技术球接头的结构示意图。图中编号所代表的含义为：1、固定架，2、大转轴驱动装置，3、第一锥齿轮，4、第二锥齿轮，5、大转轴，6、动平台，7、吸盘，I、第一支链，II、第二支链，III、第三支链，IV、第四支链；11、第一支链转动叉，12、第一支链驱动装置，13、第一支链主动臂，14、第一支链第一T形轴，15、第一支链第一T形轴，16、第一支链第一从动臂，17、第一支链第二从动臂，18、第一支链第一T形轴，19、第一支链第二T形轴，111、第一支链连接杆，141、第一支链第一球接头，151、第一支链第二球接头，181、第一支链第三球接头，191、第一支链第四球接头，1a、第一支链第一轴线，1b、第一支链第二轴线；21、第二支链转动叉，22、第二支链驱动装置，23、第二支链主动臂，24、第二支链第一T形轴，25、第二支链第二T形轴，26、第二支链第一从动臂，27、第二支链第二从动臂，28、第二支链第三T形轴，29、第二支链第四T形轴，211、第二支链连接杆，241、第二支链第一球接头，251、第二支链第二球接头，281、第二支链第三球接头，291、第二支链第四球接头，2a、第二支链第一轴线，2b、第二支链第二轴线；31、第三支链转动叉，32、第三支链驱动装置，33、第三支链主动臂，34、第三支链第一T形轴，35、第三支链第二T形轴，36、第三支链第一从动臂，37、第三支链第二从动臂，38、第三支链第三T形轴，39、第三支链第四T形轴，310、第三支链连接轴，311、第三支链连接杆，341、第三支链第一球接头，351、第三支链第二球接头，381、第三支链第三球接头，391、第三支链第四球接头，3a、第三支链第一轴线，3b、第三支链第二轴线。41、第四支链转动叉，42、第四支链驱动装置，43、第四支链主动臂，44、第四支链第一T形轴，45、第四支链第二T形轴，46、第四支链第一从动臂，47、第四支链第二从动臂，48、第四支链第三T形轴，49、第四支链第四T形轴，410、第四支链连接轴，411、第四支链连接杆，441、第四支链第一球接头，451、第四支链第二球接头，481、第四支链第三球接头，491、第四支链第四球接头，4a、第四支链第一轴线，4b、第四支链第二轴线。具体实施方式结合附图，本专利技术的一种可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构，包括固定架1、固接在固定架1上的大转轴驱动装置2、第一锥齿轮3、第二锥齿轮4、大转轴5、动平台6、布置在所述大转轴5和动平台6之间的第一支链I和第二支链II、布置在所述固定架1与动平台6之间的第三支链III和第四支本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构，其特征在于，包括固定架(1)、固接在固定架(1)上的大转轴驱动装置(2)、第一锥齿轮(3)、第二锥齿轮(4)、大转轴（5）、动平台(6)、布置在所述大转轴（5）和动平台(6)之间的第一支链（I）和第二支链（II）、布置在所述固定架(1)与动平台(6)之间的第三支链（III）和第四支链（IV），所述第一锥齿轮(3)与固定架(1)转动连接，且与所述大转轴驱动装置(2)的驱动端固接，所述大转轴与固定架(1)转动连接，所述大转轴(5)的中部还固接有第二锥齿轮(4)，所述第一锥齿轮(3)和第二锥齿轮(4)相啮合；所述第一支链（I）包括第一支链转动叉（11）、第一支链主动臂驱动装置（12）、第一支链主动臂（13）、第一支链第一从动臂（16）和第一支链第二从动臂（17）；所述第一支链转动叉（11）与大转轴（5）固接，所述第一支链主动臂（13）的一端转动连接于第一支链转动叉（11）内，且与所述第一支链主动臂驱动装置（12）的驱动端固接，第一支链主动臂（13）的另一端的两侧分别与第一支链第一从动臂（16）、第一支链第二从动臂（17）的一端连接，所述第一支链第一从动臂（16）与第一支链第二从动臂（17）平行且等长；第一支链第一从动臂（16）、第一支链第二从动臂（17）的另一端均与动平台（6）连接；所述第二支链（II）与第一支链（I）结构完全相同，且与第一支链（I）对称分布在大转轴（5）的两端；连接第一支链转动叉（11）与其主动臂（13）的转动轴线和连接第二支链转动叉（21）与其主动臂（23）的转动轴线平行，且同连接所述大转轴（5）和固定架（1）的转动轴线垂直相交；所述第三支链（III）包括第三支链转动叉（31）、第三支链主动臂驱动装置（32）、第三支链主动臂（33）、第三支链第一从动臂（36）、第三支链第二从动臂（37）和第三支链连接轴（310），所述第三支链转动叉（31）与固定架（1）固接，所述第三支链主动臂（33）的一端转动连接于第三支链转动叉（31）内，且与所述第三支链主动臂驱动装置（32）的驱动端固接，第三支链主动臂（33）的另一端的两侧分别与第三支链第一从动臂（36）、第三支链第二从动臂（37）的一端连接，所述第三支链第一从动臂（36）与第三支链第二从动臂（37）平行且等长；第三支链第一动臂（36）、第三支链第二从动臂（37）的另一端均与第三支链连接轴（310）连接，所述第三支链连接轴（310）与动平台（6）转动连接；所述第四支链（IV）与第三支链（III）结构完全相同，且与第三支链（III）以大转轴（5）的轴线作为对称线对称分布在固定架(1)的两侧；连接所述第三支链连接轴（310）和动平台（6）的转动轴线与连接所述第四支链连接轴（410）和动平台（6）的转动轴线共线；连接所述大转轴（5）与固定架（1）的转动轴线、连接所述第三支链主动臂（33）和第三支链转动叉（31）的转动轴线、以及连接所述第四支链主动臂（43）和第四支链转动叉（41）的转动轴线相互平行。...

【技术特征摘要】
1.一种可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构，其特征在于，包括固定架(1)、固接在固定架(1)上的大转轴驱动装置(2)、第一锥齿轮(3)、第二锥齿轮(4)、大转轴(5)、动平台(6)、布置在所述大转轴(5)和动平台(6)之间的第一支链(I)和第二支链(II)、布置在所述固定架(1)与动平台(6)之间的第三支链(III)和第四支链(IV)，所述第一锥齿轮(3)与固定架(1)转动连接，且与所述大转轴驱动装置(2)的驱动端固接，所述大转轴与固定架(1)转动连接，所述大转轴(5)的中部还固接有第二锥齿轮(4)，所述第一锥齿轮(3)和第二锥齿轮(4)相啮合；所述第一支链(I)包括第一支链转动叉(11)、第一支链主动臂驱动装置(12)、第一支链主动臂(13)、第一支链第一从动臂(16)和第一支链第二从动臂(17)；所述第一支链转动叉(11)与大转轴(5)固接，所述第一支链主动臂(13)的一端转动连接于第一支链转动叉(11)内，且与所述第一支链主动臂驱动装置(12)的驱动端固接，第一支链主动臂(13)的另一端的两侧分别与第一支链第一从动臂(16)、第一支链第二从动臂(17)的一端连接，所述第一支链第一从动臂(16)与第一支链第二从动臂(17)平行且等长；第一支链第一从动臂(16)、第一支链第二从动臂(17)的另一端均与动平台(6)连接；所述第二支链(II)与第一支链(I)结构完全相同，且与第一支链(I)对称分布在大转轴(5)的两端；连接第一支链转动叉(11)与其主动臂(13)的转动轴线和连接第二支链转动叉(21)与其主动臂(23)的转动轴线平行，且同连接所述大转轴(5)和固定架(1)的转动轴线垂直相交；所述第三支链(III)包括第三支链转动叉(31)、第三支链主动臂驱动装置(32)、第三支链主动臂(33)、第三支链第一从动臂(36)、第三支链第二从动臂(37)和第三支链连接轴(310)，所述第三支链转动叉(31)与固定架(1)固接，所述第三支链主动臂(33)的一端转动连接于第三支链转动叉(31)内，且与所述第三支链主动臂驱动装置(32)的驱动端固接，第三支链主动臂(33)的另一端的两侧分别与第三支链第一从动臂(36)、第三支链第二从动臂(37)的一端连接，所述第三支链第一从动臂(36)与第三支链第二从动臂(37)平行且等长；第三支链第一从动臂(36)、第三支链第二从动臂(37)的另一端均与第三支链连接轴(310)连接，所述第三支链连接轴(310)与动平台(6)转动连接；所述第四支链(IV)与第三支链(III)结构完全相同，且与第三支链(III)以大转轴(5)的轴线作为对称线对称分布在固定架(1)的两侧；连接所述第三支链连接轴(310)和动平台(6)的转动轴线与连接所述第四支链连接轴(410)和动平台(6)的转动轴线共线；连接所述大转轴(5)与固定架(1)的转动轴线、连接所述第三支链主动臂(33)和第三支链转动叉(31)的转动轴线、以及连接所述第四支链主动臂(43)和第四支链转动叉(41)的转动轴线相互平行。2.根据权利要求1所述的可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构，其特征在于，所述第一支链主动臂(13)与第一支链第一从动臂(16)之间通过第一支链第一T形轴(14)连接，第一支链主动臂(13)与第一支链第二从动臂(17)之间通过第一支链第二T形轴(15)连接，第一支链第一从动臂(16)与动平台(6)之间通过第一支链第三T形轴(18)连接，第一支链第二从动臂(17)与动平台(6)之间通过第一支链第四T形轴(19)连接；所述第三支链主动臂(33)与第三支链第一从动臂(36)之间通过第三支链第一T形轴(34)连接，第三支链主动臂(33)与第三支链第二从动臂(37)之间通过第三支链第二T形轴(35)连接，第三支链第一从动臂(36)与第三支链连接轴(310)之间通过第三支链第三T形轴(38)连接，第三支链第二从动臂(37)与第三支链连接轴(310)之间通过第三支链第四T形轴(39)连接。3.根据权利要求1所述的可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构，其特征在于，所述第一支链主动臂(13)与第一支链第一从动臂(16)之间通过第一支链第一球接头(141)连接，第一支链主动臂(13)与第一支链第二从动臂(17)之间通过第一支链第二球接头(151)连接；第一支链第一从动臂(16)与动平台(6)之间通过第一支链第三球接头(181)连接，第一支链第二从动臂(17)与动平台(6)之间通过第一支链第四球接头(191)连接；所述第三支链主动臂(33)与第三支链第一从动臂(36)之间通过第三支链第一球接头(341)连接，第三支链主动臂(33)与第三支链第二从动臂(37)之间通过第三支链第二球接头(351)连接；第三支链第一从动臂(36)与第三支链连接轴(310)之间通过第三支链第三球接头(381)连接，第三支链第二从动臂(37)与第三支链连接轴(310)之间通过第三支链第四球接头(391)连接。4.根据权利要求3所述的可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构，其特征在于，所述第一支链第一从动臂(16)和第一支链第二从动臂(17)之间设有第一支链连接杆(111)，所述第一支链连接杆(111)一端与第一支链第一从动臂(16)转动连接，另一端与第一支链第二从动臂(17)转动连接；过第一支链连接杆(111)与第一支链第一从动臂(16)的转动中心和第一支链连接杆(111)与第一支链第二从动臂(17)的转动中心的轴线，同连接第一支链主动臂(13)与第一支链转动叉(11)的转动轴线相互平行；所述第三支链第一从动臂(36)和第三支链第二从动臂(37)之间设有第三支链连接杆(311)，所述第三支链连接杆(311)一端与第三支链第一从动臂(36)转动连接，另一端与第三支链第二从动臂(37)转动连接；过第三支链连接杆(311)与第三支链第一从动臂(36)的转动中心和第三支链连接杆(311)与第三支链第二从动臂(37)的转动中心的轴线，同连接第三支链主动臂(33)与第三支链转动叉(31)的转动轴线相互平行。5.根据权利要求2所述的可实现三维平动二维转动的五自由度并联机构，其特征在于，第一支链主动臂(13)与第一支链第一T形轴(14)之间转动连接，第一支链主动臂(13)与第一支链第二T形轴(15)之间转动连接，第一支链第一T形轴(14)与第一支链第一从动臂(16)之间转动连接，第一支链第二T形轴(15)与第一支链第二从动臂(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪满新，冯虎田，欧屹，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32