一种四自由度并联机构制造技术

本发明专利技术涉及一种四自由度并联机构，它包括成上下间隔设置的动平台和静平台，动平台和静平台之间连接有四条运动支链，相邻的两条运动支链构成第一组运动链，另两个构成第二组运动链，且第一组运动链和第二组运动链在任一截面上的四个点均能依次首尾相接围成四边形；第一组运动链中两条运动支链各包括一个移动副和两个万向节；第二组运动链中两条运动支链各包括一个移动副、一个万向节和一个转动副，且两个转动副的转动轴线位于同一直线上，另一端与通过转动副与静平台连接；四个移动副均为原动件。故本发明专利技术只具有四个自由度，省去了冗余的自由度，而且可以在较小的尺寸下获得较大的行程，整体结构简单对称。

A four degree of freedom parallel mechanism

The invention relates to a Four-Degree-of-Freedom parallel mechanism, which comprises a moving platform and a static platform arranged in an upper and lower interval. There are four motion chains connected between the moving platform and the static platform. The adjacent two motion chains constitute the first group of motion chains, and the other two constitute the second group of motion chains. Four points on any section can be connected to form a quadrilateral in turn; the first group of motion chains consists of a moving pair and two universal joints; the second group of motion chains consists of a moving pair, a universal joint and a rotating pair, and the rotating axes of the two rotating pairs are located in the same direction. On one line, the other end is connected to the static platform through the rotating pair, and the four mobile pairs are all original moving parts. Therefore, the invention has only four degrees of freedom, eliminating redundant degrees of freedom, and can obtain a larger stroke in a smaller size, and the overall structure is simple and symmetrical.

【技术实现步骤摘要】
一种四自由度并联机构
本专利技术涉及机器人
，尤其是涉及一种四自由度并联机构。
技术介绍
目前在机器人领域，六自由度工业机器人应用最为广泛，其灵活度高，工作范围大，关节上相对运动部件容易密封防尘，其中六自由度运动平台，可以模拟出各种空间运动姿态，故广泛地应用到各种模拟训练器，如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台等等。其中，在研究和分析太空环境下太阳光照对星载设备的影响作用时，需要在地面真空环境下测试星载设备受到不同方位和角度的光照时的变化和响应情况，需要借助模拟运动姿态的平台来实现，即位姿调整平台通过连续调节动平台运动，来实现星载设备姿态的变化，现有的位姿调整平台往往采用的是六自由度平台，但是它具有一定的局限性。例如：中国专利技术专利(CN102528796A)它公开了一种可控机构式六自由度并联机器人平台，包括定平台、动平台以及六条支链构成，所述定平台上，分布有十二个铰孔，所述第一铰孔、第二铰孔、第三铰孔、第四铰孔、第五铰孔、第六铰孔均匀分布在一圆周上，所述第七铰孔、第八铰孔、第九铰孔、第十铰孔、第十一铰孔、第十二铰孔均匀分布在另一圆周上，且两圆周同心，所述机器人平台定平台、动平台通过六条支链连接，所述六条支链分别由安装在定平台上的六台伺服电机驱动。它的不足之处在于：需要占据较大的空间尺寸，而且具有冗余的自由度，结构复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种四自由度并联机构，以解决现有技术中的空间尺寸大且具有冗余的自由度的技术问题。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种四自由度并联机构，包括成上下间隔设置的动平台和静平台，所述动平台和所述静平台之间通过四条运动支链连接，其中，相邻的两条运动支链构成第一组运动链，另两个构成第二组运动链，且所述第一组运动链和所述第二组运动链在任一截面上的四个点均能依次首尾相接围成四边形；所述第一组运动链中两条运动支链各包括一个移动副和两个万向节，所述移动副通过万向节分别与所述动平台和所述静平台连接；所述第二组运动链中两条运动支链各包括一个移动副、一个万向节和一个转动副，所述移动副的一端通过万向节与所述动平台连接，另一端与通过转动副与所述静平台连接；所述各个移动副均为原动件且能沿相应的运动支链设置方向做伸缩运动。本专利技术通过四条运动支链连接在动平台和静平台之间，四条运动支链在任一截面上的四个点均能依次首尾相接围成四边形使四条运动支链具有联动性。再通过利用四条运动支链中的四个移动副作为原动件，利用四个移动副的协同运动，实现动平台的移动。其中移动副为低副，具有一个相对自由度。再将四条运动支链分为两组，分别为UPU分支和RPU分支，其中，第一组运动链均通过万向节与动平台和静平台连接，而第二组运动链与第一组运动链相比，其与静平台的连接是通过转动副是连接，而不是万向节。因为，转动副是低副，只具有一个相对自由度，万向节为高副，具有两个相对自由度，所以，通过设置两个转动轴线位于同一直线上的转动副，使得第二组运动链只可以绕着该转动轴线旋转，限制了其沿着该转动轴线方向的位移。故本专利技术只具有四个自由度，省去了冗余的自由度，而且可以在较小的尺寸下获得较大的行程，运动平台工作空间大，整体结构简单对称，容易安装与制造、承载力大、刚度高、灵活性好、适用范围大，动平台具有各向平动同性的优势，有着很强的实用价值。作为优选，所述两个转动副的转动轴线位于同一直线上，且所述转动副的转动轴线与所述第一组运动链中两条运动支链所形成的平面成平行设置。两个转动副的转动轴线位于同一直线上，且与第一组运动链所形成的平面成平行设置，可以限定第二组运动链的转动方向，不可以沿转动轴线方向移动。即以转动副的转动轴线方向作为Y方向建立坐标系，则可以说本专利技术中的动平台具有沿X方向移动、绕X方向的转动、绕Y方向的转动、沿Z方向的移动的四个自由度。作为优选，所述两个转动副的转动轴线成平行设置，且所述转动副的转动轴线与所述第一组运动链中两条运动支链所形成的平面成相交设置。两个转动副的转动轴线成平行设置，形成的平面成相交设置，可以限定第二组运动链的转动方向，不可以沿转动轴线方向移动。即以第二组运动链中两个转动副的连线方向作为Y方向建立坐标系，则可以说本专利技术中的动平台具有绕X方向的转动、绕Y方向的转动、沿Y方向移动、沿Z方向的移动的四个自由度。作为优选，所述各个移动副的底面位于同一平面上且相对于静平台的顶面成平行设置。由于静平台是固定不动的，则各个移动副的底面位于同一平面上且相对于静平台的顶面成平行设置，即四条运动支链中的四个移动副位于同一高度，则当需要调整动平台的位姿时，可以很容易的换算出各个移动副所需要实现的伸缩量，减少本专利技术的机械误差、控制算法误差以提升本专利技术的精度。作为优选，所述的且各个万向节的旋转轴线成平行设置且垂直于所述静平台。各个左万向节和各个右万向节的旋转轴线与静平台成垂直设置，则四条运动支链中的各个万向节的旋转轴线成平行设置，使得各条运动支链中的移动副均是围绕垂直于动平台的旋转轴线相对于动平台旋转的，且可以方便简化本专利技术中运动学和动力学求解。作为优选，所述各个转动副的转动轴线与静平台的顶面成平行设置。各个转动副的转动轴线与静平台的顶面成平行设置，即在第二组运动链绕着该转动轴线旋转时，可以避免第二组运动链中两条运动支链形成交叉干扰，从而保证动平台的运动平稳性，也可以扩大其运动范围。作为优选，所述第一组运动链和所述第二组运动链在任一截面上的四个点均能依次首尾相接围成长方形。即四条运动支链能作为同一四棱台的侧棱边，其中，动平台和静平台可为长方体，动平台、静平台与四条运动支链构成四棱台。则本专利技术中的空间结构可以是底面与顶面为长方形或者正方形，侧面都是等腰梯形的一种台体，其结构对称，容易安装与制造，且灵活性好。动平台截面为长边形，四条电动缸位于动平台和静平台的四个角上，可以使得电动缸对动平台产生的推力方向位于动平台的四个角上，使得动平台的位姿调整时的运动学和动力学求解更简单，便于换算，而且具有更好的准确度，提升其位姿精度。静平台的截面为长边形，四条电动缸位于静平台的四个角上，可以使静平台的截面与动平台的截面构成相似图形，从而使得本专利技术结构更为简洁，便于制造，也方便调整动平台的位姿。其中，动平台的重量小于静平台的重量则可以使得本发面的重心下移，提升本专利技术的稳定性。所述的动平台的面积小于静平台的面积，动平台、静平台与四条运动支链构成四棱台，则本专利技术中的空间结构可以是底面与顶面为长方形或者正方形，侧面都是等腰梯形的一种台体，其结构对称，容易安装与制造，且灵活性好。作为优选，所述的各个移动副上均设有沿各自轴线方向延伸的支杆，所述的各个支杆的长度成相同设置。支杆的设置可以增加四条运动支链的长度，从而增加动平台与静平台之间的距离，提升本专利技术的适用范围。各个支杆的长度成相同设置，互换性好，容易安装与制造，同时使得本专利技术结构对称。作为优选，所述移动副为伸缩杆且采用气缸或液压缸驱动。气缸作为引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形金属机件，利用空气在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能，它结构简单、工作可靠；液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动的液压执行元件，它结构简单、工作可靠，用它来实现往复运动时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四自由度并联机构，包括成上下间隔设置的动平台和静平台，其特征在于：所述动平台和所述静平台之间通过四条运动支链连接，其中，相邻的两条运动支链构成第一组运动链，另两个构成第二组运动链，且所述第一组运动链和所述第二组运动链在任一截面上的四个点均能依次首尾相接围成四边形；所述第一组运动链中两条运动支链各包括一个移动副和两个万向节，所述移动副通过万向节分别与所述动平台和所述静平台连接；所述第二组运动链中两条运动支链各包括一个移动副、一个万向节和一个转动副，所述移动副的一端通过万向节与所述动平台连接，另一端与通过转动副与所述静平台连接；所述各个移动副均为原动件且能沿相应的运动支链设置方向做伸缩运动。

【技术特征摘要】
1.一种四自由度并联机构，包括成上下间隔设置的动平台和静平台，其特征在于：所述动平台和所述静平台之间通过四条运动支链连接，其中，相邻的两条运动支链构成第一组运动链，另两个构成第二组运动链，且所述第一组运动链和所述第二组运动链在任一截面上的四个点均能依次首尾相接围成四边形；所述第一组运动链中两条运动支链各包括一个移动副和两个万向节，所述移动副通过万向节分别与所述动平台和所述静平台连接；所述第二组运动链中两条运动支链各包括一个移动副、一个万向节和一个转动副，所述移动副的一端通过万向节与所述动平台连接，另一端与通过转动副与所述静平台连接；所述各个移动副均为原动件且能沿相应的运动支链设置方向做伸缩运动。2.根据权利要求1所述的四自由度并联机构，其特征在于：所述两个转动副的转动轴线位于同一直线上，且所述转动副的转动轴线与所述第一组运动链中两条运动支链所形成的平面成平行设置。3.根据权利要求1所述的四自由度并联机构，其特征在于：所述两个转动副的转动轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁惠焱，王鹏程，阎瑾，李萌，周杨梓，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11