本發(fā)明涉及機(jī)器人和機(jī)械制造領(lǐng)域，更具體的涉及一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

并聯(lián)機(jī)構(gòu)通常由動平臺和固定平臺用過多條支鏈聯(lián)結(jié)而成，較串聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定、剛度大、誤差積累小、動態(tài)性能好、易求得運(yùn)動學(xué)反解等優(yōu)點(diǎn)，故高速并聯(lián)機(jī)器人在搬運(yùn)、測試、裝配自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但隨著工業(yè)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，對于并聯(lián)機(jī)器人的要求也隨之提高，例如，一些裝配工藝過程要求機(jī)器人不但具有高速特性，并且能實(shí)現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)動，從而能快速大范圍的改變物體的姿態(tài)和位置。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN104626120A，公開了一種(1T1R)&2R四自由度解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)，主要由一個(gè)兩分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)(1T1R)和串聯(lián)在并聯(lián)機(jī)構(gòu)上串聯(lián)分支2R組成(1T1R)&2R混聯(lián)機(jī)構(gòu)，兩分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)由定平臺、動平臺、以及連接動平臺和定平臺的兩個(gè)分支組成。分支一是由一個(gè)移動副、一個(gè)純平動萬向鉸，和一個(gè)連接動平臺的轉(zhuǎn)動副以及連接他們直接的兩個(gè)連桿組成；分支二由三個(gè)軸線相互垂直的轉(zhuǎn)動副和一個(gè)連接定平臺的移動副以及連接他們之間的三個(gè)連桿組成；分支三由兩個(gè)軸線相互垂直的轉(zhuǎn)動副以及他們的連桿組成。上述機(jī)構(gòu)可完成空間三個(gè)方向轉(zhuǎn)動和一個(gè)方向移動，但支鏈數(shù)量及其運(yùn)動副偏多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易控制，也難以應(yīng)用在高速場合。

因此，如何通過改變機(jī)構(gòu)的幾何模型，使之既趨于簡單化，又能達(dá)到預(yù)期的空間三個(gè)方向轉(zhuǎn)動和一個(gè)方向移動的運(yùn)動效果，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員所要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種支鏈少、動態(tài)性能好、可以實(shí)現(xiàn)空間三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動和一個(gè)方向的移動的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具體來說，本發(fā)明提供了一種1T2R&1R四自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供的1T2R&1R四自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括定平臺、動平臺、三條運(yùn)動支鏈以及一條傳動支鏈；其中運(yùn)動支鏈的結(jié)構(gòu)相同，所述的定平臺和動平臺之間通過運(yùn)動支鏈以及傳動支鏈連接，定平臺與動平臺上下布置，其特征在于，所述的定平臺和動平臺在周向均布三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸相交于一點(diǎn)；三個(gè)定軸的另一端為轉(zhuǎn)動端；所述運(yùn)動支鏈均包括第一連桿、第二連桿，所述的第一連桿的一端與定平臺的轉(zhuǎn)動端連接形成第一轉(zhuǎn)動副；所述的第一連桿的另一端與第二連桿的一端通過球鉸連接；所述的第二連桿的另一端與動平臺的轉(zhuǎn)動端連接形成第二轉(zhuǎn)動副；所述的傳動支鏈包括傳動第一連桿、移動副第一連桿、移動副第二連桿、傳動第二連桿，所述的傳動第一連桿與定平臺通過轉(zhuǎn)動副連接；所述傳動第一連桿的一端與移動副第一連桿的一端通過虎克鉸鏈連接；所述的移動副第一連桿的另一端與移動副第二連桿的一端通過移動副連接；所述的移動副第二連桿的另一端與傳動第二連桿的一端通過虎克鉸鏈連接；所述的傳動第二連桿與動平臺通過轉(zhuǎn)動副連接。

優(yōu)選地，所述的三條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動支鏈中各支鏈的第一旋轉(zhuǎn)副和第二旋轉(zhuǎn)副可以分別安裝在定平臺和動平臺的同側(cè)或者對側(cè)，在初始位形下，每個(gè)支鏈上的第一旋轉(zhuǎn)副軸線與第二旋轉(zhuǎn)副軸線平行。

優(yōu)選地，所述的第一連桿的另一端與第二連桿的一端通過球鉸連接，過球鉸球心的直線與第一轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)軸垂直相交所形成的交點(diǎn)與定平臺的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)重合；所述的第二連桿的另一端與動平臺的轉(zhuǎn)動端連接形成第二轉(zhuǎn)動副，過球鉸球心的直線與第二轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)軸垂直相交的直線所形成的交點(diǎn)與動平臺的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)重合。

優(yōu)選地，所述的傳動第一連桿與定平臺通過轉(zhuǎn)動副連接，其轉(zhuǎn)軸過定平臺的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)且垂直于定平臺平面；所述的傳動第二連桿與動平臺通過轉(zhuǎn)動副連接，其轉(zhuǎn)軸過動平臺的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)且垂直于動平臺的平面。

本發(fā)明的有益效果：

1)本發(fā)明提供的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，采用三條結(jié)構(gòu)相同的RSR支鏈和一條UPU傳動支鏈連接定平臺和動平臺所構(gòu)成的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)空間三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動和一個(gè)方向的移動。機(jī)構(gòu)簡單、對稱、易于控制，機(jī)構(gòu)剛度大，動平臺工作空間大；

本發(fā)明提供的優(yōu)選方案中，采用一條UPU傳動支鏈連接定平臺和動平臺，可以實(shí)現(xiàn)整周轉(zhuǎn)動且為獨(dú)立控制，與3-RSR機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不相耦合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的定平臺結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動平臺結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的傳動支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)施例2示意圖；

圖1～圖6中：

1—定平臺、101～103—定平臺旋轉(zhuǎn)軸、104—定平臺中心孔、O1～O2—旋轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)、2—傳動第一連桿、3—第一連桿、301—第一連桿一端的孔、4—第二連桿、401—第二連桿一端的孔、5—動平臺、501～503—動平臺旋轉(zhuǎn)軸、504—動平臺中心孔、6—傳動第二連桿、7—移動副第二連桿、8—移動副第一連桿、U1～U2—虎克鉸鏈、P1—移動副、R1—第一旋轉(zhuǎn)副、R2—第二旋轉(zhuǎn)副、R3～R4—轉(zhuǎn)動副。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其能夠有效簡化并聯(lián)機(jī)構(gòu)，還能達(dá)到預(yù)期的空間三個(gè)方向轉(zhuǎn)動和一個(gè)方向移動的運(yùn)動效果，支鏈少，動態(tài)性能好，可應(yīng)用在高速場合。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參考圖5，圖5為本發(fā)明的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖，包括定平臺1，動平臺5，三條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動支鏈和一條傳動支鏈；所述定平臺1和動平臺5之間通過三條運(yùn)動支鏈和傳動支鏈連接。

請參考圖1，圖1為本發(fā)明的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的定平臺結(jié)構(gòu)示意圖；所述定平臺1包括三個(gè)周向均布且交于旋轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)O1的旋轉(zhuǎn)軸，分別為101、102、103，以及一個(gè)定平臺中心孔104。

請參考圖2，圖2為本發(fā)明的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動平臺結(jié)構(gòu)示意圖；所述動平臺5包括三個(gè)周向均布且交于旋轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)O2的旋轉(zhuǎn)軸，分別為501、502、503，以及一個(gè)動平臺中心孔504。

請參考圖3，圖3為本發(fā)明的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；所述運(yùn)動支鏈均包括第一連桿3和第二連桿4，第一連桿3的一端有一個(gè)孔301用于安裝轉(zhuǎn)軸，其與定平臺1的旋轉(zhuǎn)軸101連接形成第一旋轉(zhuǎn)副R1，第一連桿3的另一端與第二連桿4的一端通過球鉸S1連接，過球鉸S1球心的直線與第一旋轉(zhuǎn)副R1的旋轉(zhuǎn)軸垂直相交所形成的焦點(diǎn)與定平臺1的旋轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)O1重合；第二連桿4的另一端有一個(gè)孔401用于安裝轉(zhuǎn)軸，其與動平臺5的旋轉(zhuǎn)軸501連接形成第二旋轉(zhuǎn)副R2，過球鉸S1球心的直線與第二旋轉(zhuǎn)副R2的旋轉(zhuǎn)軸垂直相交所形成的焦點(diǎn)與動平臺5的旋轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)O2重合。其余旋轉(zhuǎn)軸與運(yùn)動支鏈的連接方式均與上述內(nèi)容相同，在此不作贅述。

請參考圖4，圖4為本發(fā)明的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的傳動支鏈結(jié)構(gòu)示意圖。傳動支鏈包括傳動第一連桿2、移動副第一連桿8、移動副第二連桿7和傳動第二連桿6；所述傳動第一連桿2與定平臺中心孔104通過轉(zhuǎn)動副R3連接，其轉(zhuǎn)軸過旋轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)O1且垂直于定平臺1的平面；所述傳動第一連桿2的一端與移動副第一連桿8的一端通過虎克鉸鏈U1連接，移動副第一連桿8的另一端與移動副第二連桿7的一端通過移動副P1連接，移動副第二連桿7的另一端與傳動第二連桿6的一端通過虎克鉸鏈U2連接，傳動第二連桿6與動平臺5通過轉(zhuǎn)動副R4連接，其轉(zhuǎn)軸過旋轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)O2且垂直于動平臺5的平面。

優(yōu)選地，三條運(yùn)動支鏈中各支鏈的第一旋轉(zhuǎn)副R1和第二旋轉(zhuǎn)副R2可以分別安裝在定平臺1和動平臺5的同側(cè)，在初始位形下，每個(gè)支鏈上的第一旋轉(zhuǎn)副R1軸線與第二旋轉(zhuǎn)副R2軸線平行，所述第一連桿3和第二連桿4安裝在同一側(cè)，整體裝配效果請參考圖5。

優(yōu)選地，三條運(yùn)動支鏈中各支鏈的第一旋轉(zhuǎn)副R1和第二旋轉(zhuǎn)度R2安裝在相對的兩側(cè)，其他部件的連接關(guān)系與實(shí)施例1相同，整體裝配圖請參考圖6。

如此設(shè)置，本發(fā)明所述的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，采用三條結(jié)構(gòu)相同的RSR支鏈和一條UPU傳動支鏈連接定平臺和動平臺所構(gòu)成的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)空間三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動和一個(gè)方向的移動，機(jī)構(gòu)簡單、對稱，易于控制，機(jī)構(gòu)剛度大，動平臺工作空間大，由于采用了一條UPU傳動支鏈連接定平臺和動平臺，本發(fā)明所提供的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)整周轉(zhuǎn)動且為獨(dú)立控制，與3-RSR機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不相耦合。

以上對本發(fā)明所提供的一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。