具有俯仰转动的空间三移动和一转动的四自由度并联机构制造技术

本发明专利技术涉及一种具有俯仰转动的空间三移动和一转动的四自由度并联机构，包括：支撑在框架组件的四个不同位置的四个驱动支链，每个驱动支链包括滑块和连杆组件，四个驱动支链的滑块都被设置成沿互相平行的直线方向运动，该连杆组件的第一端通过球面副与滑块连接；具有自转轴的动平台，该动平台分别与每个驱动支链的连杆组件的第二端通过球面副连接；其中，四个驱动支链包括第一驱动支链、与第一驱动支链相邻布置的第二驱动支链、与第一驱动支链相对布置的第三驱动支链和与第二驱动支链相对布置的第四驱动支链。本发明专利技术的机构能实现四自由度运动，且刚度大、结构紧凑、易于装配。

【技术实现步骤摘要】
具有俯仰转动的空间三移动和一转动的四自由度并联机构
本专利技术属于机器人设备
，尤其涉及一种通过直线驱动的空间三移动和一转动的四自由度并联机构。本专利技术可广泛用于制造、装配、分拣等应用领域。
技术介绍
并联机构是由多个独立运动链连接动平台和定平台所形成的闭环机构，以并联方式进行驱动。相较串联机构，其具有无累计误差、刚度大、结构紧凑等特点，故有着广泛的工程和工业应用前景。上海交通大学提出了一种三移动一转动四自由度转动移动完全解耦并联机构(公开号为CN104942800A)，其需要第一和第二驱动支链所有转动副轴线汇聚于第三驱动支链转动副轴线上，实现时较为复杂，对加工和装配的要求较高，且工作空间较小。佳木斯大学提出了一种三移动一转动型四自由度空间并联机构(公开号为CN105345810A)，其使用的四个直线驱动安装并不平行和对称，对加工和装配的要求较高。在实际分拣和装配时，仅仅实现空间上任意移动的三自由度并联机构往往不能满足需求。加入一个转动自由度可以胜任更复杂的任务，也能使得末端运动更加平稳。但是引入一个转动自由度，不仅可能导致机构复杂化或难以安装，更往往会导致机构存在许多奇异位姿或是工作空间受限。此外，转动部分和移动部分之间也可能会存在强烈的耦合性，不便于控制，因此这些技术问题亟待解决。
技术实现思路
本专利技术提供一种四自由度并联机构，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。本专利技术的技术方案为一种四自由度并联机构，其包括：支撑在框架组件的四个不同位置的四个驱动支链，每个驱动支链包括滑块和连杆组件，四个驱动支链的滑块都被设置成沿互相平行的直线方向运动，该连杆组件的第一端通过球面副与所述的滑块连接；具有自转轴的动平台，该动平台分别与每个驱动支链的连杆组件的第二端通过球面副连接；其中，所述的四个驱动支链包括第一驱动支链、与所述的第一驱动支链相邻布置的第二驱动支链、与所述的第一驱动支链相对布置的第三驱动支链和与所述的第二驱动支链相对布置的第四驱动支链，其中，所述的第二驱动支链的连杆组件的第二端的球面副的公共中心点、所述的第三驱动支链的连杆组件的第二端的球面副的公共中心点、以及所述的第四驱动支链的连杆组件的第二端的球面副的公共中心点与所述的动平台的自转轴基本重合，并且其中，所述的第一驱动支链的连杆组件的第二端的球面副的公共中心点和所述的第三驱动支链的连杆组件的第二端的球面副的公共中心点之间的连线与所述的动平台的自转轴相交。进一步，所述的第一驱动支链的连杆组件的第二端的球面副的公共中心点和所述的第三驱动支链的连杆组件的第二端的球面副的公共中心点之间的连线与所述的动平台的自转轴基本垂直。进一步，所述的每个驱动支链包括直线运动输出装置，该直线运动输出装置包括丝杆螺母零件和旋转电机，或者所述直线运动输出装置包括直线电机；在每个驱动支链中，所述的连杆组件的第一端通过至少一个上球铰与滑块连接，并且所述的连杆组件的第二端通过至少一个下球铰与所述的动平台连接。进一步，在所述每个驱动支链中：连杆组件包括平行设置的一对连杆；每个连杆的第一端通过一个上球铰与滑块连接，每个连杆的第二端通过一个下球铰与所述的动平台连接，其中，多个的上球铰和下球铰的球心的连线形成平行四边形。进一步，所述的动平台包括：连接台，该连接台具有用于固定连接所述的第一驱动支链和所述的第三驱动支链的下球铰的螺纹孔；两个球铰连接件，其中一个球铰连接件具有用于固定连接所述的第二驱动支链的下球铰的螺纹孔，另一个球铰连接件具有用于固定连接所述的第四驱动支链的下球铰的螺纹孔；其中，两个所述的球铰连接件还分别与所述的连接台的两侧转动地连接，并且每个所述的球铰连接件相对于连接台的转轴与所述的动平台的自转轴(AR)重合。进一步，所述的球铰连接件包括：球铰连接部，球铰连接部设有第一螺纹孔，用于固定连接所述的下球铰；从所述的球铰连接部的侧面延伸的末端轴，该末端轴的轴端设有第二螺纹孔；其中，所述的第一螺纹孔和所述的第二螺纹孔的中心线基本垂直。进一步，所述的连接台包括：朝向一侧的第一叉指部；朝向相反的另一侧的第二叉指部、第三叉指部和第四叉指部，所述的第二叉指部和第四叉指部分别位于第三叉指部的两侧；其中，第一叉指部和第三叉指部分别设有螺纹通孔，分别用于固定连接所述的第一驱动支链和所述的第三驱动支链的下球铰；其中，第二叉指部和第四叉指部设有通孔，分别用于与所述的球铰连接件的末端轴同轴配合。进一步，其中一个球铰连接件的末端轴从第二叉指部远离第三叉指部的外侧安装至所述的第二叉指部的通孔；另外一个球铰连接件的末端轴从第四叉指部远离第三叉指部的外侧安装至所述的第四叉指部的通孔。进一步，所述的动平台还包括分别设置在所述的第二叉指部和第四叉指部的通孔中的多个旋转轴承，该旋转轴承的内圈与球铰连接件的末端轴配合；分别安装在第二叉指部和第四叉指部的两侧的轴承盖，用于维持所述的旋转轴承在通孔中不滑出，而且允许球铰连接件的末端轴安装到旋转轴承中；其中，通过紧固到所述的末端轴的轴端的第二螺纹孔的螺丝，使所述的末端轴与旋转轴承的内圈固紧。进一步，所述的动平台的底部设置有夹具的安装孔。本专利技术的有益效果如下。空间三移动和一转动的四自由度并联机构的驱动输入来自四个可以具有对称性的驱动支链的直线运动输出装置，结构简单，加工和装配方便。而且由于驱动输入均为直线驱动且存在对称性，在所有平行的平面上工作性能均相同，使得并联机构的工作空间受到较少限制。本专利技术的并联机构末端动平台的移动自由度和转动自由度之间不存在耦合，因此基于该并联机构的机器人运动控制较为方便。根据本专利技术的四自由度并联机构，可以实现动平台的转轴与框架组件的基座底面平行，更符合装配和分拣应用场景中的实际需求。附图说明图1是根据本专利技术实施例的四自由度并联机构的立体图。图2是根据本专利技术实施例的四自由度并联机构的底视图。图3是图1的并联机构中的每个驱动支链的细节立体图。图4是根据本专利技术实施例的并联机构的动平台的立体图。图5是根据本专利技术实施例的并联机构的动平台的俯视图。图6是图5所示的动平台沿剖面线B-B的剖视图。图7是图5所示的动平台的球铰连接件的立体图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本专利技术的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本专利技术中所使用的上、下、左、右、顶、底等描述仅仅是相对于附图中本专利技术各组成部分的相互位置关系来说的。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本
的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本专利技术。应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四自由度并联机构，其特征在于，包括：/n支撑在框架组件(300)的四个不同位置的四个驱动支链，每个驱动支链包括滑块(102)和连杆组件(104)，四个驱动支链的滑块(102)都被设置成沿互相平行的直线方向运动，该连杆组件(104)的第一端通过球面副与所述的滑块(102)连接；/n具有自转轴(AR)的动平台(150)，该动平台(150)分别与每个驱动支链的连杆组件(104)的第二端通过球面副连接；/n其中，所述的四个驱动支链包括第一驱动支链(110)、与所述的第一驱动支链(110)相邻布置的第二驱动支链(120)、与所述的第一驱动支链(110)相对布置的第三驱动支链(130)和与所述的第二驱动支链(120)相对布置的第四驱动支链(140)，/n其中，所述的第二驱动支链(120)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P2)、所述的第三驱动支链(130)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P3)、以及所述的第四驱动支链(140)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P3)与所述的动平台(150)的自转轴(AR)基本重合，/n并且其中，所述的第一驱动支链(110)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P1)和所述的第三驱动支链(130)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P3)之间的连线与所述的动平台(150)的自转轴(AR)相交。/n...

【技术特征摘要】
1.一种四自由度并联机构，其特征在于，包括：
支撑在框架组件(300)的四个不同位置的四个驱动支链，每个驱动支链包括滑块(102)和连杆组件(104)，四个驱动支链的滑块(102)都被设置成沿互相平行的直线方向运动，该连杆组件(104)的第一端通过球面副与所述的滑块(102)连接；
具有自转轴(AR)的动平台(150)，该动平台(150)分别与每个驱动支链的连杆组件(104)的第二端通过球面副连接；
其中，所述的四个驱动支链包括第一驱动支链(110)、与所述的第一驱动支链(110)相邻布置的第二驱动支链(120)、与所述的第一驱动支链(110)相对布置的第三驱动支链(130)和与所述的第二驱动支链(120)相对布置的第四驱动支链(140)，
其中，所述的第二驱动支链(120)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P2)、所述的第三驱动支链(130)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P3)、以及所述的第四驱动支链(140)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P3)与所述的动平台(150)的自转轴(AR)基本重合，
并且其中，所述的第一驱动支链(110)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P1)和所述的第三驱动支链(130)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P3)之间的连线与所述的动平台(150)的自转轴(AR)相交。


2.根据权利要求1所述的四自由度并联机构，其特征在于，所述的第一驱动支链(110)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P1)和所述的第三驱动支链(130)的连杆组件(104)的第二端的球面副的公共中心点(P3)之间的连线与所述的动平台(150)的自转轴(AR)基本垂直。


3.根据权利要求1所述的四自由度并联机构，其特征在于：
所述的每个驱动支链包括直线运动输出装置(101)，该直线运动输出装置(101)包括丝杆螺母零件和旋转电机，或者所述直线运动输出装置(101)包括直线电机；
在每个驱动支链中，所述的连杆组件(104)的第一端通过至少一个上球铰(103)与滑块(102)连接，并且所述的连杆组件(104)的第二端通过至少一个下球铰(105)与所述的动平台(150)连接。


4.根据权利要求1或3所述的四自由度并联机构，其特征在于，在所述每个驱动支链中：
连杆组件(104)包括平行设置的一对连杆；
每个连杆的第一端通过一个上球铰(103)与滑块(102)连接，每个连杆的第二端通过一个下球铰(105)与所述的动平台(150)连接，其中，多个的上球铰(103)和下球铰(105)的球心的连线形成平行四边形。


5.根据权利要求4所述的四自由度并联机构，其特征在于，所述的动平台(150)包括：
连接台(151)，该连接台(151)具有用于固定连接所述的第一驱动支链(110)和所述的第三驱动支链(...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼云江，杨先声，赵智龙，邹振宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东;44