两自由度空间转动并联机构制造技术

本发明专利技术公开了一种两自由度空间转动并联机构，该并联机构包括有A主动支链(1)、B主动支链(2)、被动支链(3)和动平台组件(4)。A主动支链(1)的D连杆(104)连接在动平台组件(4)的B滚珠轴承和D滚珠轴承上，B主动支链(2)的H连杆(204)连接在动平台组件(4)的A滚珠轴承和E滚珠轴承上，被动支链3的L连杆(304)连接在动平台组件(4)的A滚珠轴承上。本发明专利技术并联机构采用具有虚拟转动中心的平行四杆机构为驱动并增加一条末端连杆，不仅增大了并联机构的可操作空间，而且极大的提高了机构的刚度。

Two degree of freedom space rotating parallel mechanism

The invention discloses a spatial rotation parallel mechanism with two degrees of freedom, comprising a A active branch (1), a B active branch (2), a passive branch (3) and a movable platform assembly (4). A active chains (1) D (104) connected to the connecting rod moving platform component (4) B D ball bearings and ball bearings, B active chains (2) H (204) connected to the connecting rod moving platform component (4) A E ball bearings and ball bearings, the passive limb 3 L connecting rod (304) connected to the movable platform component (4) A ball bearings. The invention adopts parallel mechanism with parallel four bar mechanism with virtual rotating center for driving and a tail end of the connecting rod, not only increases the operational space of the parallel mechanism, but also greatly improves the rigidity of the mechanism.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种属于机器人的并联机构，更特别地说，是指一种两自由度空间转 动并联机构。
技术介绍
并联机构具有刚度大、负荷自重比高等传统的串联机构所没有的优点，近年来成 为了国际上机构学研究的热点。两自由度并联机构由于结构简单、工作空间大、设计与控制 简单的优势，常常被用于带负载的空间指向，其负载可以是摄像器材，激光，雷达天线等等。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种两自由度空间转动并联机构，该机构采用具有虚拟转动 中心的平行四杆机构为驱动并增加一条运动支链，不仅增大了机构的可操作空间，而且极 大的提高了机构的刚度。三条支链的转动副轴线和动平台的中心线相交于虚拟转动中心0。本专利技术的一种两自由度空间转动并联机构，该并联机构包括有A主动支链(1)、B 主动支链O)、被动支链⑶和动平台组件G)。A主动支链⑴的D连杆(104)连接在动 平台组件的B滚珠轴承和D滚珠轴承上，B主动支链O)的H连杆(204)连接在动平 台组件(4)的A滚珠轴承和E滚珠轴承上，被动支链3的L连杆(304)连接在动平台组件的A滚珠轴承上。本专利技术两自由度空间转动并联机构的优点①采用两条主动支链带动一个被动支链，提高了并联机构的刚度。②三个支链(A主动支链、B主动支链和被动支链)均采用一个平行四连杆机构、 一个虎克铰和一个末端连杆的设计思想，使得整个并联机构具有机构紧凑、刚度高、制造成 本低、运动学解简单易于控制。③并联机构的虚拟转动中心0设置在以虎克铰转动轴线和以动平台的中心线上， 保证了并联机构在运动时的转动精度。④本专利技术的并联机构能够适用于并联机器人，并联机床，医疗器材和指向机构等 场合。更佳广泛适用于执行器末端平台以及医疗器械、模拟器、机器人关节等。附图说明图1是本专利技术两自由度空间转动并联机构的结构图。图IA是本专利技术动平台与三个支链的连杆的连接图。图IB是本专利技术两自由度空间转动并联机构绕虚拟转动中心点0运动的简示图。图2是本专利技术A主动支链的结构图。图2A是本专利技术A主动支链的分解图。图2B是本专利技术B主动支链的结构图。图2C是本专利技术B主动支链的分解图。 图3是本专利技术被动支链的结构图。 图3A是本专利技术被动支链的分解图。 图4是本专利技术动平台的结构图。 图4A是本专利技术动平台的分解图。 图中L A主动支链101．A连杆101A．第一通孔 10113．第二通孔 101C．第三通孔 102．B连杆1027,．第四通孔 10213．第五通孔 102(i第六通孔 103．C连杆103L第七通孔 10313．第八通孔 103C第九通孔 103D．第十通孔 104．D连杆1ERA．第十一通孔104B．第十j垂孔104(i第十三通孔100．第十四通孔 105．A基座105A．第十五通孔10513．第一卜六通孔106．B基座106A．第十七通孔 106B．第十八通孔107．A销轴108．B销轴109．C销轴110．A连接轴 111．A十字轴112．A伺服电机 113．A联轴器2．B主动支链201．E连杆 2013,．第十九通孔20113．第二十通孔201C第二十一通孔202．F连杆 202A．第二十二通孔202]3．第二十三通孔202C．第二十四通孔 203．G连杆203A．第二十五通孔203]3．第二十六通孔 203C．第二十七通孔203D．第二十八通孔204．H连杆 204A．第二十九通孔204]3．第三十通孔204C．第三十一通孔 204D．第三十二通孔205．C基座205A．第三十三通孔 205]3．第三十四通孔206．D基座206A．第三十五通孔 206]3．第三十六通孔207．E销轴208．F销轴 209．G销轴2lo．B连接轴211．B十字轴 212．B伺服电机213．B联轴器3．被动支链 301．工连杆30lA．第三十七通孔30lB．第三十八通孔 30 1C．第三十九通孔302．丁连杆302A．第四十通孔 302]3．第四十一通孔302C．第四十二通孔303．K连杆 303A．第四十三通孔303]3．第四十四通孔303C．第四十五通孔 303D．第四十六通孔304．L连杆304A．第四十七通孔 304]3．第四十八通孔304C．第四十九通孔305．E基座 305A．第五十一通孔305]3．第五十二通孔306．F基座 306A．第五十三通孔306]3．第五十四通孔307．工销轴 308．丁销轴309．K销轴310．L销轴311．C十字轴4．动平台组件 401．A滚珠轴承 402．B滚珠轴承 403．C滚珠轴承 404．D滚珠轴承 405．E滚珠轴承 41 1．A滑动轴承 412．B滑动轴承 413．C滑动轴承 414．D滑动轴承 415．E滑动轴承 416．F滑动轴承 421．动平台422．端盖423．锁紧螺母具体实施方式 下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。 参见图l所示，本专利技术的一种属于机器人的两自由度空间转动并联机构，该并联机构包括有A主动支链l、B主动支链2、被动支链3和动平台组件4。本专利技术并联机构采用铜材料加工，故在十字轴的连接处可以套接滚珠轴承、也可以不套接滚珠轴承。采用十字轴连接两个连杆其目的是了实现虎克铰功能。连杆之间采用销轴进行连接也不需要轴承。本专利技术的并联机构是以平行四杆机构、虎克铰和连接杆的组合方式，这样能够为 并联机构提供更高的刚度和更大的操作空间。参见图1、图1A、图IB所示，本专利技术的一种属于机器人的两自由度空间转动并联机 构的虚拟转动中心点0是AB转动副轴线、CD转动副轴线、EF转动副轴线、GH动平台中心线 之间的交点。该并联机构采用具有虚拟转动中心的平行四杆机构为驱动并增加一条运动支 链(末端连杆)，不仅增大了并联机构的可操作空间，而且极大的提高了机构的刚度。AB转动副轴线是指A主动支链1上的虎克铰中的转动副轴线。⑶转动副轴线是指B主动支链2上的虎克铰中的转动副轴线。EF转动副轴线是指被动支链3上的虎克铰中的转动副轴线。GH动平台中心线是指动平台组件4中动平台421的中心线。(一)A主动支链1参见图1、图2、图2A所示，A主动支链1包括有A连杆101、B连杆102、C连杆103、 D连杆104、A基座105、B基座106、A销轴107、B销轴108、C销轴109、A连接轴110、A十 字轴111、A伺服电机112和A联轴器113 ；其中，A连杆101和B连杆102的结构相同；A销 轴107、B销轴108和C销轴109的结构相同；A基座105和B基座106的结构相同。A连杆101为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部各设有一个通 孔，即第一通孔IOlA和第二通孔101B，该第一通孔IOlA和第二通孔IOlB用于A销轴107 通过；A连杆101的另一端设有一个通孔，即第三通孔101C，该第三通孔IOlC用于A连接轴 110通过；A连杆101的叉形端通过A销轴107与C连杆103的另一端连接，A连杆101的 另一端通过A连接轴110与A基座105连接。B连杆102为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部各设有一个通 孔，即第四通孔102A和第五通孔102B，该第四通孔102A和第五通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两自由度空间转动并联机构，其特征在于：该并联机构包括有Ａ主动支链（１）、Ｂ主动支链（２）、被动支链（３）和动平台组件（４）；Ａ主动支链（１）包括有Ａ连杆（１０１）、Ｂ连杆（１０２）、Ｃ连杆（１０３）、Ｄ连杆（１０４）、Ａ基座（１０５）、Ｂ基座（１０６）、Ａ销轴（１０７）、Ｂ销轴（１０８）、Ｃ销轴（１０９）、Ａ连接轴（１１０）、Ａ十字轴（１１１）、Ａ伺服电机（１１２）和Ａ联轴器（１１３）；其中，Ａ连杆（１０１）和Ｂ连杆（１０２）的结构相同；Ａ销轴（１０７）、Ｂ销轴（１０８）和Ｃ销轴（１０９）的结构相同；Ａ基座（１０５）和Ｂ基座（１０６）的结构相同；Ａ连杆（１０１）为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第一通孔（１０１Ａ）和第二通孔（１０１Ｂ），该第一通孔（１０１Ａ）和第二通孔（１０１Ｂ）用于Ａ销轴（１０７）通过；Ａ连杆（１０１）的另一端设有第三通孔（１０１Ｃ），该第三通孔（１０１Ｃ）用于Ａ连接轴（１１０）通过；Ａ连杆（１０１）的叉形端通过Ａ销轴（１０７）与Ｃ连杆（１０３）的另一端连接，Ａ连杆（１０１）的另一端通过Ａ连接轴（１１０）四十八通孔（３０４Ｂ）用于Ｃ十字轴（３１１）中的纵向轴向轴通过；Ｌ连杆（３０４）的小叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第四十九通孔（３０４Ｃ）和第五十通孔（３０４Ｄ），该第四十九通孔（３０４Ｃ）和第五十通孔（３０４Ｄ）套接在动平台组件（４）的动平台（４２１）上；Ｅ基座（３０５）为Ｕ形结构，Ｅ基座（３０５）的两个支撑臂上设有第五十一通孔（３０５Ａ）和第五十二通孔（３０５Ｂ），该第五十一通孔（３０５Ａ）和第五十二通孔（３０５Ｂ）用于Ｌ连接轴（３１０）通过，Ｅ基座（３０５）的两个支撑臂通过Ｌ连接轴（３１０）实现与Ｉ连杆（３０１）的另一端连接；Ｆ基座（３０６）为Ｕ形结构，Ｆ基座（３０６）的两个支撑臂上设有第五十三通孔（３０６Ａ）和第五十四通孔（３０６Ｂ），该第五十三通孔（３０６Ａ）和第五十四通孔（３０６Ｂ）用于Ｋ销轴（３０９）通过，Ｆ基座（３０６）的两个支撑臂通过Ｋ销轴（３０９）实现与Ｊ连杆（３０２）的另一端连接；动平台组件（４）包括有动平台（４２１）、端盖（４２２）、锁紧螺母（４２３）、Ａ滚珠轴承（４０１）、Ｂ滚珠轴承（４０２）、Ｃ滚珠轴承（４０３与Ａ基座（１０５）连接；Ｂ连杆（１０２）为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第四通孔（１０２Ａ）和第五通孔（１０２Ｂ），该第四通孔（１０２Ａ）和第五通孔（１０２Ｂ）用于Ｂ销轴（１０８）通过；Ｂ连杆（１０２）的另一端设有第六通）、Ｄ滚珠轴承（４０４）、Ｅ滚珠轴承（４０５）、Ａ滑动轴承（４１１）、Ｂ滑动轴承（４１２）、Ｃ滑动轴承（４１３）、Ｄ滑动轴承（４１４）、Ｅ滑动轴承（４１５）和Ｆ滑动轴承（４１６）；动平台组件（４）中的六个滑动轴承与五个滚珠轴承相间分布套接在动平台（４２１）的圆柱（４２１Ａ）上，然后在圆柱（４２１Ａ）的端部套接上端盖（４２２），并用锁紧螺母（４２３）锁紧；动平台组件（４）与Ａ主动支链组件（１）、Ｂ主动支链组件（２）和被动支链组件（３）的连接为：Ｃ滚珠轴承（４０３）的外圈套接在被动支链（３）的Ｌ连杆（３０４）一端的第四十九通孔（３０４Ｃ）内；Ｂ滚珠轴承（４０２）的外圈套接在Ａ主动支链（１）的Ｄ连杆（１０４）一端的第十三通孔１０４Ｃ内；Ｄ滚珠轴承（４０４）的外圈套接在Ａ主动支链（１）的Ｄ连杆（１０４）一端的第十四通孔（１０４Ｄ）内；Ａ滚珠轴承（４０１）的外圈套接在Ｂ主动支链（２）的Ｈ连杆（２０４）一端的第三十一通孔（２０４Ｃ）内；Ｅ滚珠轴承（４０５）的外圈套接在Ｂ主动支链（２）的Ｈ连杆（２０４）一端的第三十二通孔（２０４Ｄ）内；动平台组件（４）通过五个滚珠轴承分别套接在Ａ主动支链（１）、Ｂ主动支链（２）和被动支链（３）的末端连杆，即Ｄ连杆（１０４）、Ｈ连杆（２０４）和Ｌ连杆（３０４）的第十三通孔（１０４Ｃ）、第十四通孔（１０４Ｄ）、第三十一通孔（２０４Ｃ）、第三十二通孔（２０４Ｄ）、第四十九通孔（３０４Ｃ）内，在Ａ伺服电机（１１２）、Ｂ伺服电机（２１２）的驱动下，实现Ａ主动支链（１）和Ｂ主动支链（２）为驱动，被动支链（３）为跟随运动的并联机构。孔（１０２Ｃ），该第六通孔（１０２Ｃ）用于Ｃ销轴（１０９）通过；Ｂ连杆（１０２）的叉形端通过Ｂ销轴（１０８）与Ｃ连杆（１０３）的摆转副支点处连接，Ｂ连杆（１０２）的另一端通过Ｃ销轴（１０９）与Ｂ基座（１０６）连接；Ｃ连杆（１０３）为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第七通孔（１０３Ａ）和第八通孔（１０３Ｂ），该第七通孔（１０３Ａ）和第八通孔（１０３Ｂ）用于Ａ十字轴（１１１）中的横向轴向轴通过；Ｃ连杆（１０３）的另一端设有第九通孔（１０３Ｃ），该第九通孔（１０３...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于靖军，东昕，李守忠，宗光华，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11