[發(fā)明專利]一種可實(shí)現(xiàn)純平動(dòng)和純轉(zhuǎn)動(dòng)的并聯(lián)變胞機(jī)構(gòu)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310498660.2
• 申請(qǐng)日: 2013-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN103552058A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張武翔;吳騰;丁希侖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/00
• 分類號(hào): B25J9/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及并聯(lián)機(jī)構(gòu)和變胞機(jī)構(gòu)，可用于機(jī)器人領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是一種基于變胞原理的可分別實(shí)現(xiàn)純平動(dòng)和純轉(zhuǎn)動(dòng)的并聯(lián)變胞機(jī)構(gòu)。

技術(shù)背景

并聯(lián)機(jī)構(gòu)（Parallel?Mechanism），可以定義為動(dòng)平臺(tái)和靜平臺(tái)通過(guò)至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。1965年，Stewart對(duì)Gough（Stewart?D.A?Platform?With?Six?Degrees?of?Freedom[J].Journal?of?System?Engineering?and?Control,Proc?Inst.Mech.Engers?Part?I,1965,180(15):371–386.）發(fā)明的一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度輪胎檢測(cè)裝置進(jìn)行了機(jī)構(gòu)學(xué)意義上的研究，并將其推廣應(yīng)用為飛機(jī)模擬器的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生裝置，這種機(jī)構(gòu)也是目前應(yīng)用最廣的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，被稱為Gough-Stewart機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、承載能力強(qiáng)、誤差小、精度高、自重符合比小、動(dòng)力性能好、控制容易等一系列優(yōu)點(diǎn)，很好的彌補(bǔ)了串聯(lián)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)。其應(yīng)用前景極為廣闊，如：機(jī)器人、虛擬軸機(jī)床、運(yùn)載工具模擬器、六維微調(diào)機(jī)構(gòu)、空間位姿測(cè)量機(jī)、六維力矩測(cè)量器等。

然而，機(jī)械產(chǎn)品正向高速化、精密化、柔性化和多樣化方向發(fā)展。要求現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)不僅能夠高精度、高效率、大負(fù)載地運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還應(yīng)具有適應(yīng)多任務(wù)及復(fù)雜環(huán)境的特點(diǎn)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)發(fā)展到今天雖然結(jié)構(gòu)形式和驅(qū)動(dòng)方式在不斷變化，但其機(jī)構(gòu)構(gòu)型和自由度總是固定不變，無(wú)法滿足多任務(wù)和復(fù)雜環(huán)境的特殊應(yīng)用要求。因此，必須要提供一種多構(gòu)態(tài)、多功能、變約束的并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明基于變胞機(jī)構(gòu)提出一種可分別實(shí)現(xiàn)純平動(dòng)和純轉(zhuǎn)動(dòng)的并聯(lián)變胞機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、連接靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)且均勻分布的三條相同結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈以及構(gòu)態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。

其中，運(yùn)動(dòng)鏈的上連桿Ⅰ和下連桿Ⅱ之間通過(guò)滑動(dòng)副連接，另一端分別連接一個(gè)虎克鉸，虎克鉸通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接到動(dòng)平臺(tái)和靜平臺(tái)。每個(gè)虎克鉸包括一個(gè)十字形連接件和兩長(zhǎng)方形件。兩長(zhǎng)方形件分別通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述的十字形連接件的兩端相連。虎克鉸的兩個(gè)長(zhǎng)方形件分別與連桿Ⅰ（或連桿Ⅱ）和構(gòu)態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的連桿Ⅲ固定相連，與構(gòu)態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的連桿III相連的長(zhǎng)方形件又通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜（動(dòng)）平臺(tái)連接。

構(gòu)態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)由分別設(shè)置在靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)上的結(jié)構(gòu)相同的兩部分組成，每個(gè)部分包括連桿Ⅲ、連桿Ⅳ、連桿Ⅴ和對(duì)心機(jī)構(gòu)。連桿Ⅲ和連桿Ⅳ之間通過(guò)滑動(dòng)副連接，連桿Ⅲ的另一端與虎克鉸連接，連桿Ⅳ的另一端作為對(duì)心機(jī)構(gòu)的連桿，與對(duì)心機(jī)構(gòu)的圓盤之間轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。連桿Ⅴ一端與對(duì)心機(jī)構(gòu)的圓盤底部圓心部分固定相連，另一端通過(guò)滑動(dòng)副與靜平臺(tái)（或動(dòng)平臺(tái)）相連。

構(gòu)態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)中的對(duì)心機(jī)構(gòu)由圓盤、四桿機(jī)構(gòu)、活動(dòng)塊以及球鉸鏈的圓球（或球鉸鏈的接頭）組成。圓盤起支撐對(duì)心機(jī)構(gòu)其他構(gòu)件的作用。在固定在圓盤上的四桿機(jī)構(gòu)中，相對(duì)的兩桿長(zhǎng)度相等，所以四桿機(jī)構(gòu)的形狀始終為平行四邊形。活動(dòng)塊可以在圓盤內(nèi)孔中滑動(dòng)，靜平臺(tái)的活動(dòng)塊頂部中心設(shè)置有球鉸鏈的圓球，球鉸鏈的圓球可以在活動(dòng)塊中自由轉(zhuǎn)動(dòng)；動(dòng)平臺(tái)的活動(dòng)塊頂部中心設(shè)置有能與球鉸鏈的圓球配合連接的接頭。活動(dòng)塊通過(guò)連桿VIII以移動(dòng)副和四桿機(jī)構(gòu)的連桿VII連接，四桿機(jī)構(gòu)能夠保證球鉸鏈圓球的中心和球鉸鏈接頭的頂部始終在連桿Ⅳ的延長(zhǎng)線上，當(dāng)球鉸鏈接頭和球鉸鏈圓球連接就能完成對(duì)心。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.本發(fā)明通過(guò)將虎克鉸與動(dòng)平臺(tái)和靜平臺(tái)以轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，并設(shè)置構(gòu)態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使得該并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有兩種不同構(gòu)態(tài)，分別實(shí)現(xiàn)3自由度平動(dòng)和3自由度轉(zhuǎn)動(dòng)的工作要求。

2.本發(fā)明保持了傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的所有特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種并聯(lián)變胞機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明虎克鉸的各組成部分的示意圖；

圖3為本發(fā)明構(gòu)態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的各組成部分的示意圖；

圖4A和圖4B為本發(fā)明對(duì)心機(jī)構(gòu)的各組成部分的示意圖；

圖4C為對(duì)心機(jī)構(gòu)的圓盤結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的一種并聯(lián)變胞機(jī)構(gòu)的第一構(gòu)態(tài)示意圖，具有3自由度平動(dòng)運(yùn)動(dòng)；

圖6為本發(fā)明的一種并聯(lián)變胞機(jī)構(gòu)的第二構(gòu)態(tài)示意圖，具有3自由度轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

圖中：

1.靜平臺(tái)；?????????2.動(dòng)平臺(tái)；??????3.第一運(yùn)動(dòng)鏈；??4.第二運(yùn)動(dòng)鏈；??5.第三運(yùn)動(dòng)鏈；