一种五自由度串并联机构制造技术

本发明专利技术涉及一种五自由度串并联机构，它包括成上下间隔设置的动平台和静平台，动平台上设有能绕自身轴线转动的回转运动平台，回转运动平台通过回转驱动副与动平台相连；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，四个移动副均为原动件。故本发明专利技术只具有五个自由度，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。

【技术实现步骤摘要】
一种五自由度串并联机构
本专利技术涉及机器人
，尤其是涉及一种五自由度串并联机构。
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。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、各零部件不紧凑，与外部结构尺寸干涉。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种五自由度串并联机构，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：一种五自由度串并联机构，包括成上下间隔设置的动平台和静平台，所述动平台上设有能绕自身轴线转动的回转运动平台，所述回转运动平台通过回转驱动副与所述动平台相连；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，动平台的移动即可以带动其上的回转运动平台移动，同时回转运动平台可绕自身旋转轴线转动。本专利技术将回转回转运动平台作为调姿平台，将星载设备放在回转运动平台上，可以模拟星载设备姿态的变化，将姿态的变化作为实验过程中的自变量输入，从而有效反映姿态变化对星载设备工作情况的影响作用。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。通时回转运动平台可绕自身轴线旋转，具有一个自由度。故本专利技术只具有五个自由度，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，同理回转运动平台也具有各向平动同性的优势，有着很强的实用价值。另外，回转驱动副即回转驱动装置，可以采用蜗轮蜗杆传动或者齿轮传动，是一种集回转、减速和驱动功能于一体而同时又结构简单，制造和维护方便的通用型减速传动机构。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，而回转运动平台具有沿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、绕Z方向的转动的五个自由度。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，而回转运动平台具有沿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、绕Z方向的转动的五个自由度。作为优选，所述回转运动平台的轴线与所述动平台成垂直设置，所述各个万向节的旋转轴线成平行设置且垂直于所述静平台，所述各个转动副的转动轴线与所述静平台成平行设置。回转运动平台的轴线与动平台成垂直设置，则回转运动平台的旋转轴线与动平台成垂直设置，可以方便简化本专利技术中运动学和动力学求解。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。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，所述动平台上设有通孔，所述动平台的下方且位于所述通孔的下方固定有安装支板，所述回转驱动副位于所述通孔内并固定在所述安装支板上。动平台上设有通孔，动平台的下方且位于通孔的下方固定有安装支板，回转驱动副位于通孔内并固定在安装支板上，则相对于回转驱动副直接安装在动平台的顶面上结构更为紧凑，各零部件分布紧凑，占用空间更小，减小了与外部结构尺寸干涉，使得回转运动平台具有更好的机动性。其中安装支板与通孔形成了一个动平台上类似凹槽的结构，且通孔和安装支板是分立的，不仅便于加工，也便于回转驱动副的安装。作为优选，所述回转驱动副包括驱动电机、电机齿轮、回转平台齿轮，所述回转平台齿轮与所述回转运动平台固定连接，所述电机齿轮与所述驱动电机的转轴连接，所述回转平台齿轮和所述电机齿轮啮合。实际使用中，由驱动电机带动电机齿轮旋转，电机齿轮带动回转平台齿轮旋转，回转平台齿轮带动回转运动平台旋转，从而使得回转运动平台可以绕自身轴线旋转，使得本专利技术在不增加过多的空间尺寸的基础上，增加了一个自由度，结构简单，且便于实现，易于控制。其中，电机齿轮小于回转平台齿轮，以电机齿轮带动回转平台齿轮是减速运动，省力，并使得回转运动平台的转速较为适中，可以更好地模拟星载设备姿态的变化，有效反映姿态变化对星载设备工作情况的影响作用。回转运动平台与回转平台齿轮通过螺纹连接固定。在回转运动平台上设有夹具，以加紧星载设备。作为优选，所述回转驱动副还包括减速机，所述电机齿轮与所述驱动电机之间通过所述减速机传动连接。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五自由度串并联机构，包括成上下间隔设置的动平台和静平台，其特征在于：所述动平台上设有能绕自身轴线转动的回转运动平台，所述回转运动平台通过回转驱动副与所述动平台相连；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】
1.一种五自由度串并联机构，包括成上下间隔设置的动平台和静平台，其特征在于：所述动平台上设有能绕自身轴线转动的回转运动平台，所述回转运动平台通过回转驱动副与所述动平台相连；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所述的五自由度串并联机构，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所述的五自由度串并联机构，其特征在于：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。4.根据权利要求1所述的五自由度串并联机构，其特征在于：所述回转运动平台的轴线与所述动平台成垂直设置，所述各个万向节的旋转轴线成平行设置且垂直于所述静平台，所述各个转动副的转动轴线与所述静平台成平行设置。5.根据权利要求1至4任一项所述的五自由度串并联机构，其特征在于：所述动平台上设有通孔，所述动平台的下方且位于所述通孔的下方固定有...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓天，阎瑾，王鹏程，翁惠焱，
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