一种变胞并联机构制造技术

本发明专利技术公开了一种变胞并联机构，包括固定平台和运动平台，固定平台和运动平台通过一条第一支链和两条第二支链相连；当固定平台与运动平台平行时，同一水平面上两条第二支链与第一支链之间的距离相等；第一支链包括依次相连的球面五杆机构、第一移动副机构和空间平行四边形机构，球面五杆机构与固定平台连接，空间平行四边形机构与运动平台连接；第二支链包括依次相连的第二移动副机构、第一球副、连杆和第二球副，第二移动副机构与固定平台连接，第二球副与运动平台连接。本发明专利技术通过锁死或驱动第一转动副与第二转动副，能够实现本变胞并联机构具有3T2R运动、3T1RX运动、3T1RY运动和3T运动的切换，具备根据操作任务变化而变换其拓扑结构和自由度的能力。

A metamorphic parallel mechanism

The invention discloses a metamorphic parallel mechanism, including a fixed platform and a moving platform, which are connected by one first chain and two second branches; when the fixed platform is parallel to the moving platform, the distance between the two second branches and the first chain on the same horizontal plane is equal; the first branch chain includes spherical five-bar mechanism and the first mobile pair connected in turn. The mechanism and the spatial parallelogram mechanism, the spherical five-bar mechanism and the fixed platform are connected, and the spatial parallelogram mechanism and the moving platform are connected. The second branch chain includes the second moving pair, the first ball pair, the connecting rod and the second ball pair connected in turn, the second moving pair is connected with the fixed platform, and the second ball pair is connected with the moving platform. By locking or driving the first rotating pair and the second rotating pair, the present invention can realize the switching of the metamorphic parallel mechanism with 3T2R motion, 3T1RX motion, 3T1RY motion and 3T motion, and has the ability to change its topological structure and degree of freedom according to the change of operation tasks.

【技术实现步骤摘要】
一种变胞并联机构
本专利技术涉及机构学与机器人学领域，尤其涉及一种变胞并联机构。
技术介绍
并联机构因以桁架杆系替代了传统机器人与机床等机械装备的开链式结构，因而其具有刚度高、承载能力大、动态性能好等优点，使其在工业机器人、步行机器人、运载机械的动态模拟器、机械式伺服压力机、并联运动机床、3D打印等领域得到了广泛应用。在机器人喷涂、搅拌摩擦焊、3D打印、机械加工制造等领域，在不同性质表面作业时，机器人末端执行器所需要的自由度是不同的。例如作业面为平面时，末端执行器具有3T(表示运动时，字母T代表移动)运动能力即可；作业面为直纹面时，末端执行器需具有3T1R(表示运动时，字母R代表转动)运动能力；作业面为自由曲面时，末端执行器需具备3T2R运动能力。传统的并联构型装备一般为固定自由度装备，不具备根据操作任务变化而变换其拓扑结构和自由度的能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种变胞并联机构，解决传统的并联构型装备一般为固定自由度装备，不能适应不同性质表面作业的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种变胞并联机构，包括固定平台和运动平台，所述固定平台和运动平台通过一条第一支链和两条第二支链相连；当所述固定平台与运动平台平行时，同一水平面上两条所述第二支链与第一支链之间的距离相等；所述第一支链包括依次相连的球面五杆机构、第一移动副机构和空间平行四边形机构，所述球面五杆机构与所述固定平台连接，所述空间平行四边形机构与所述运动平台连接；所述第二支链包括依次相连的第二移动副机构、第一球副、连杆和第二球副，所述第二移动副机构与所述固定平台连接，所述第二球副与所述运动平台连接。进一步的，所述球面五杆机构包括垂直固定在所述固定平台上的第一直杆和第二直杆；所述第一直杆的端头通过第一转动副连接有第一弯杆的一端，所述第二直杆的端头通过第二转动副连接有第二弯杆的一端；所述第一弯杆的另一端通过第三转动副连接有第三弯杆的一端，所述第二弯杆的另一端通过第四转动副连接有第四弯杆的一端，所述第四弯杆的另一端与所述第三弯杆的另一端通过第五转动副连接；所述第一弯杆、第二弯杆、第三弯杆和第四弯杆的弯角角度为90°；所述第一移动副机构的下端固定在第四弯杆的弯角处，且第一移动副机构向上垂直于第四弯杆所在的平面；当所述第一移动副机构垂直于所述固定平台时，所述第一转动副、第二转动副、第四转动副和第五转动副的轴线位于同一水平面上，且其中相邻两个转动副的轴线相互垂直，所述第三转动副的轴线与第一移动副机构的轴线重合。再进一步的，所述第一移动副机构包括固定套和移动杆，所述移动杆可伸缩地插设在所述固定套内，固定套位于移动杆下侧，且固定套的下端与所述球面五杆机构连接，移动杆的上端与所述空间平行四边形机构连接。再进一步的，所述空间平行四边形机构包括中间平台、第三直杆、第四直杆和第五直杆；所述第三直杆、第四直杆和第五直杆的下端分别通过第一虎克铰、第二虎克铰和第三虎克铰与所述中间平台的上端面连接；所述第三直杆、第四直杆和第五直杆的上端分别通过第四虎克铰、第五虎克铰和第六虎克铰与所述运动平台的下端面连接；所述第三直杆、第四直杆和第五直杆相互平行；所述第一虎克铰、第二虎克铰和第三虎克铰与中间平台的三个连接点在一个圆形轨迹上，所述第四虎克铰、第五虎克铰和第六虎克铰与运动平台的三个连接点也在一个圆形轨迹上，且两个圆形轨迹直径相同；所述第一移动副机构的上端与所述中间平台的下端面固定连接，且第一移动副机构与中间平台的连接点位于第一虎克铰、第二虎克铰和第三虎克铰与中间平台的三个连接点所在圆形轨迹的圆心处。再进一步的，所述第二移动副机构包括固定杆和移动块，所述移动块可滑动地设置在所述固定杆内，固定杆的下端垂直固定在所述固定平台上；所述移动块与所述第一球副的一端连接。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果如下：本专利技术通过锁死或驱动第一转动副与第二转动副，能够实现本变胞并联机构具有3T2R运动、3T1RX运动、3T1RY运动和3T运动的切换，适应不同性质表面作业，具备根据操作任务变化而变换其拓扑结构和自由度的能力。附图说明下面结合附图说明对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术的球面五杆机构的结构图；图2为本专利技术的空间平行四边形机构的结构图；图3为本专利技术的第一支链的结构图；图4为本专利技术的第一支链中同时驱动球面五杆机构的第一转动副和第二转动副所切换成的子构态A的示意图；图5为本专利技术的第一支链中驱动球面五杆机构的第一转动副，而锁死第二转动副所切换成的子构态B的示意图；图6为本专利技术的第一支链中锁死球面五杆机构的第一转动副，而驱动第二转动副所切换成的子构态C的示意图；图7为本专利技术变胞并联机构的结构图；附图标记说明：1、固定平台；2、运动平台；3、第一支链；301、球面五杆机构；30101、第一直杆；30102、第二直杆；30103、第一转动副；30104、第一弯杆；30105、第二转动副；30106、第二弯杆；30107、第三转动副；30108、第三弯杆；30109、第四转动副；30110、第四弯杆；30111、第五转动副；302、第一移动副机构；3021、固定套；3022、移动杆；303、空间平行四边形机构；30301、中间平台；30302、第三直杆；30303、第四直杆；30304、第五直杆；30305、第一虎克铰；30306、第二虎克铰；30307、第三虎克铰；30308、第四虎克铰；30309、第五虎克铰；30310、第六虎克铰；4、第二支链；401、第二移动副机构；4011、固定杆；4012、移动块；402、第一球副；403、连杆；404、第二球副。具体实施方式如图7所示，一种变胞并联机构的具体实施例，包括固定平台1和运动平台2，所述固定平台1和运动平台2通过一条第一支链3和两条第二支链4相连；当所述固定平台1与运动平台2平行时，同一水平面上两条所述第二支链4与第一支链3之间的距离相等；即当所述固定平台1与运动平台2平行时，如果以第一支链的中心轴为轴转动，两条第二支链旋转轨迹能够重合。所述第一支链3包括依次相连的球面五杆机构301、第一移动副机构302和空间平行四边形机构303，所述球面五杆机构301与所述固定平台1连接，所述空间平行四边形机构303与所述运动平台2连接。所述第二支链4包括依次相连的第二移动副机构401、第一球副402、连杆403和第二球副404，所述第二移动副机构402与所述固定平台1连接，所述第二球副404与所述运动平台2连接。如图1、2、3所示，更为具体地，第一支链中的球面五杆机构301包括垂直固定在所述固定平台1上的第一直杆30101和第二直杆30102。所述第一直杆30101的端头通过第一转动副30103连接有第一弯杆30104的一端，所述第二直杆30102的端头通过第二转动副30105连接有第二弯杆30106的一端。所述第一弯杆30104的另一端通过第三转动副30107连接有第三弯杆30108的一端，所述第二弯杆30106的另一端通过第四转动副30109连接有第四弯杆30110的一端，所述第四弯杆30110的另一端与所述第三弯杆30108的另一端通过第五转动副30111连接。第一转动副和第二转动副为输入副。其中，所述第一弯杆30104、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变胞并联机构，其特征在于：包括固定平台(1)和运动平台(2)，所述固定平台(1)和运动平台(2)通过一条第一支链(3)和两条第二支链(4)相连；当所述固定平台(1)与运动平台(2)平行时，同一水平面上两条所述第二支链(4)与第一支链(3)之间的距离相等；所述第一支链(3)包括依次相连的球面五杆机构(301)、第一移动副机构(302)和空间平行四边形机构(303)，所述球面五杆机构(301)与所述固定平台(1)连接，所述空间平行四边形机构(303)与所述运动平台(2)连接；所述第二支链(4)包括依次相连的第二移动副机构(401)、第一球副(402)、连杆(403)和第二球副(404)，所述第二移动副机构(401)与所述固定平台(1)连接，所述第二球副(404)与所述运动平台(2)连接。

【技术特征摘要】
1.一种变胞并联机构，其特征在于：包括固定平台(1)和运动平台(2)，所述固定平台(1)和运动平台(2)通过一条第一支链(3)和两条第二支链(4)相连；当所述固定平台(1)与运动平台(2)平行时，同一水平面上两条所述第二支链(4)与第一支链(3)之间的距离相等；所述第一支链(3)包括依次相连的球面五杆机构(301)、第一移动副机构(302)和空间平行四边形机构(303)，所述球面五杆机构(301)与所述固定平台(1)连接，所述空间平行四边形机构(303)与所述运动平台(2)连接；所述第二支链(4)包括依次相连的第二移动副机构(401)、第一球副(402)、连杆(403)和第二球副(404)，所述第二移动副机构(401)与所述固定平台(1)连接，所述第二球副(404)与所述运动平台(2)连接。2.根据权利要求1所述的变胞并联机构，其特征在于：所述球面五杆机构(301)包括垂直固定在所述固定平台(1)上的第一直杆(30101)和第二直杆(30102)；所述第一直杆(30101)的端头通过第一转动副(30103)连接有第一弯杆(30104)的一端，所述第二直杆(30102)的端头通过第二转动副(30105)连接有第二弯杆(30106)的一端；所述第一弯杆(30104)的另一端通过第三转动副(30107)连接有第三弯杆(30108)的一端，所述第二弯杆(30106)的另一端通过第四转动副(30109)连接有第四弯杆(30110)的一端，所述第四弯杆(30110)的另一端与所述第三弯杆(30108)的另一端通过第五转动副(30111)连接；所述第一弯杆(30104)、第二弯杆(30106)、第三弯杆(30108)和第四弯杆(30110)的弯角角度为90°；所述第一移动副机构(302)的下端固定在第四弯杆(30110)的弯角处，且第一移动副机构(302)向上垂直于第四弯杆(30110)所在的平面；当所述第一移动副机构(302)垂直于所述固定平台(1)时，所述第一转动副(30103)、第二转动副(30105)、第四转动副(30109)和第五转动副(30111)的轴线位于同一水平面上，且其中相邻两个转动副的轴线相互垂直，所述第三转动副(30107)的轴线与第一移动副机构(302)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冰，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：河北,13