专利名称：直线平移平面九杆机构及直线平移运动机构构造方法
技术领域：
本发明涉及无导轨直线移动装置，具体地说是可以产生高精度直线平移运动的平
面连杆机构及其构造方法。该发明可以广泛应用于需要实现平移运动的场合，可以替代各 种小行程导轨，也可以作为直线运动减速器。
背景技术：
直线生成机构通常指将旋转运动转换为直线运动的连杆机构。在第一次工业革 命中，直线生成机构的研究占有重要的地位，根据生成直线的精度，可以分为近似直线生成 机构和精确直线生成机构，由于近似直线生成机构通常需要更少的杆，因此应用更多。用 于生成近似直线的经典四杆机构包括Roberts机构、Watt连杆机构、Daniel连杆机构、 Chebyshev连杆机构、Evans连杆机构、Hoekens连杆机构和Scott Russell连杆机构等等。 另一方面，采用机构尺寸综合方法也能获得各种新的近似直线生成机构。 在传统的直线生成机构中，只有连杆上的一个特定点能沿直线移动，而连杆本身 则伴有转动，因此不能直接用于直线平移运动，通常还需要采用一些特殊设计。 目前采用连杆机构实现直线平移运动的方法目前主要有四种，但是均存在一定的 不足之处。 第一种方法是将两个直线生成平面四杆机构平行布置或对称布置，使对应的直 线运动点的运动方向平行，并在直线运动点之间用连杆连接，组成过约束的八杆机构。在 平行式八杆机构的基础上可以利用平行四边形机构原理进行一些变形。典型的例子有德 国Physik Instrumente公司的一个产品，采用两个Roberts连杆相连获得单自由度直线
移动平台，然后将三个直线移动平台叠加组成三维移动平台。美国通用汽车公司的专利 "Straight Line Linkage Mechanism"(美国专利号US6357768)则通过尺寸综合提出一 种直线生成四杆机构，可将两个直线生成四杆机构对称放置组成直线移动平台。这类机构 的缺点是移动平台偏于一侧，当负载离移动平台的轴线较远时整个机构的抗扭能力不足。 为了提高结构刚度，可以将两个八杆机构平行布置或者对称布置组合成过约束的十四杆机 构，但是构件数量较多，结构不够紧凑。上述十四杆机构也可以简化为没有过约束的十二杆 机构，但是在刚度分布上缺乏对称性。 第二种方法是在已有直线生成平面四杆机构的基础上，增加两个杆组成平面六杆 机构，通过尺寸综合使移动平台实现直线移动。典型的例子有美国Honeywell公司的专利 "Three degree of freedom translational axis handcontroller mechanism"(美国专 利号US5182961)。这类机构的优点是杆数量少，将两个六杆机构对称布置可以获得刚度更 高的十杆机构；其缺点是直线移动的精度相比第一种方案较低，即移动平台在直线移动的 同时伴有微幅的转动。 第三种方法是基于双平行四边形柔性连杆机构，即将两个平行四边形柔性四杆机 构串联得到具有两个移动自由度的双平行四边形七杆机构，在双平行四边形七杆机构基础 上增加约束得到新机构。瑞士电子与微技术中心(CSEM)的专利"Device for the guidancein rectilinear translation of anobject that is mobile in relation to a fixed object"(美国专利号US6059481，欧洲专利号EP0857891)。该专利在双平行四边形七杆 机构上增加一个杠杆组成八杆机构，杠杆通过三个柔性带与机架和七杆机构的两个平台分 别连接，具有直线平移行程大和精度高的优点。但是该机构采用的柔性带较长，变形量很 大，因此结构冈彼较小。美国MIT的专禾U"Apparatus havingmotion with pre-determined degrees of freedom"(美国专利号US6688183)将四组或者八组的双平行四边形七杆机 构组合成XY两自由度并联平台，具有结构对称和行程较大的优点，但运动平台与机架之间 采用大量弹性件连接，结构刚度较低。 第四种方法是基于Sarrus空间六杆机构，如美国Rockwell公司的专利"Straight Line Mechanism"(美国专利号US5237887)，该机构的缺点是占有的空间较大。美国 Lockhead Martin公司提出一禾中Sarrus机构的变形，其专利"Large Stroke Linear Motion Flexural Apparatus"(美国专利号US7086300)将Sarrus机构的腿分支用单条或多条柔 性带代替，因而结构非常紧凑，但该机构更适合负载较小的情况。美国Equipment Solution 公司的专利"High Stiffness Flexure"(美国专利号US7364145)针对柔性铰链机构的 特点，采用截面为三角形的管材以提高腿分支的刚度，该方案能用于负载较大的情况。基于 Sarrus机构的方案中至少有一个腿分支无法安装在与直线平移方向平行的平面上，因此通 常只用于直线平移方向垂直于机架和运动平台的情况。针对这一局限性，美国Texas大学 的Yeong-j皿Choi等将基于两级平行四边形四杆机构的平面八杆机构方案与基于Sarrus 的方案进行合成，在两个串联的平行四边形四杆机构上增加两个Sarrus约束腿分支，获得 具有一个自由度的直线位移平台。然后将两个直线位移平台叠加为XY两自由度串联平台， 并通过优化布局来减小XY两自由度平台占有的空间，但该机构仍然尺寸过大，整体刚度不 高。 因此寻找一种杆数量较少，结构紧凑、结构刚度高且直线移动精度很高的连杆机 构，并用来代替直线导轨仍是本领域技术人员一直努力的目标。 另一方面，直线电机具有高速高精度的特点，并且省去了齿轮和丝杆等机械传动 环节，因此在很多应用中有取代旋转电机的趋势。但是中小型直线电机的负载能力相对较 低，而且其最高速度在一些应用中也不是必需的，因此希望通过减速机构将高速直线运动 转化为中高速直线运动。但是目前能用于中高速直线运动的减速机构还十分少见，常见的 行程倍增方案虽然可以实现减速，例如采用伸展机构的方案，以及采用齿轮、凸轮或者滑轮 的方案，但是维护困难，难以用于中高速运动的场合。 因此一种结构紧凑、可以实现较短行程范围内的直线运动减速或者加速的平面连 杆机构是本领域亟待解决的关键问题。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的一个目的是提出一种杆数量较少，结构紧凑、结构刚 度高且直线移动精度很高、且可以实现较短行程范围内的直线运动减速的平面连杆机构， 可用来代替直线导轨。 本发明的另一个目的是提出一种基于直线平移平面九杆机构、建立高精度直线平 移运动的平面连杆机构的构造方法。
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本发明技术方案如下用于生成高精度直线平移运动的平面九杆机构，包括一个 Roberts机构、第一平行四边形四杆机构、第二平行四边形四杆机构、一个运动平台；两个 平行四边形四杆机构对称安装在Roberts机构上，浮动连杆通过铰链与平行四边形四杆机 构相连；所述运动平台与Roberts机构的机架中的一个固定，另一个实现小范围的高精度 直线平移运动； 其中所述Roberts机构包括机架、连杆、左摇杆和右摇杆；所述机架包括左侧铰 链和右侧铰链；所述连杆包括连杆左边缘、连杆右边缘和连杆点；所述连杆点生成高精度 直线轨迹； 所述平面九杆机构关于对称轴线左右对称；所述对称轴线经过Roberts机构的左 侧铰链和右侧铰链连线的中点并垂直于该连线； 所述第一平行四边形四杆机构包括四条边，第一条边与第二条边相邻，并分别与 Roberts机构的左摇杆和连杆左边缘重合，第三条边与第一条边相连，或与第二条边相连， 第三条边上安装有一个浮动铰链，该浮动铰链处于Roberts机构连杆点(P)与Roberts机 构机架左侧铰链的连线上； 所述第二平行四边形四杆机构包括四条边，第一条边与第二条边相邻，并分别与 Roberts机构的右摇杆和连杆右边缘重合，第三条边与第一条边相连，或与第二条边相连， 并与所述第一个平行四边形四杆机构的第三条边关于所述对称轴线对称，所述边上安装有 一个浮动铰链，该浮动铰链处于Roberts机构连杆点(P)与Roberts机构机架右侧铰链的 连线上； 所述运动平台的左、右两端分别与所述两个平行四边形四杆机构的浮动铰链相 连；所述运动平台与Roberts机构的机架平行。 所述平面九杆机构中Roberts机构两个摇杆相连的两个杆去除后得到一种平面 七杆机构；所述平面七杆机构具有两个自由度，其中一个自由度为直线平移自由度；
所述平面九杆机构中Roberts机构的连杆相连的两个杆去除后得到一种平面七 杆机构；所述平面七杆机构具有两个自由度，其中一个自由度为直线平移自由度；
构造直线平移运动机构的方法，通过从两自由度机构模块集合中任意选择两个机 构模块，将两个机构模块对称放置或并列放置，将两个机构模块的机架相互固连，同时将两 个机构模块的运动平台相互固连，获得只具有一个机架和一个运动平台的平面组合机构； 所述平面组合机构的自由度为两个机构模块的自由度的交集，是一个沿机架方向的直线平 移运动自由度。 所述两自由度机构模块集合包括四种两自由度机构模块；第一种模块是将所述平 面九杆机构中Roberts机构两个摇杆相连的两个杆去除得到一种平面七杆机构；第二种模 块是将所述平面九杆机构中Roberts机构两个摇杆相连的两个杆去除得到一种平面七杆 机构；第三种模块是由两个平行四边形四杆机构串联得到的双平行四边形七杆机构；第四 种模块是由Roberts机构和通过一个铰链安装在Roberts机构连杆点上的一个运动平台组 成的平面五杆机构；所述每种机构模块都具有两个自由度，其运动平台的运动空间内含一 个沿机架方向的直线平移自由度。 —种直线运动减速器，由两个生成高精度直线平移运动的平面十二杆机构、一个 机架和两个运动平台组成。所述生成高精度直线平移运动的十二杆机构根据上述构造直线平移运动机构的方法获得。将两个平面十二杆机构堆叠放置，所述机架将一个平面十二杆 机构的机架与另一个平面十二杆机构的机架固连，所述两个运动平台将一个平面十二杆机 构中的两个Roberts机构的连杆与另一个平面十二杆机构中的两个Roberts机构的连杆分 别固连；驱动一个运动平台，使另一个运动平台产生减速运动。
本发明具有如下优点 1.具有杆数量少、结构刚度高、结构紧凑和结构对称等优点； 2.铰链可以采用柔性铰链，例如传统的直梁型柔性铰链、圆弧型柔性铰链、椭圆 形柔性铰链、裂筒式柔性铰链(如美国专利US6585445)、十字交叉型铰链(如美国专利 US3073584、 US3807029、 US5588632)、蝶型铰链(如欧洲专利EP0961151)、以及各种基于簧 片的铰链(如美国专利US6146044、US7044459、NASA的Hexfoil柔性铰链)等，从而减少维 护； 3.可以组合成直线运动减速器，并且减速比在理论上可以是任意实数，也可以作 为行程放大器。
图la-图ld为本发明一个直线平移连杆机构实施例的四种基本形式，图la和图 lb为两种包含复合铰链的平面九杆机构的简图，图3a和图3b为两种不包含复合铰链的平 面九杆机构的简图； 图2a_图2f为现有技术中直线平移连杆机构，其中图2a为Roberts机构的经典 形式，图2b是Roberts机构的通用形式，图2c和图2d是基于Roberts机构建立的直线平 移连杆机构，图2e和图2f是基于双平行四边形七杆机构的直线平移连杆机构；
图3a_图3d为本发明用于构造新型直线平移连杆机构的四种具有两自由度的机 构模块的简图； 图4a_图4j为本发明实现直线平移运动的十种平面十二杆机构的简图；
图5a_图5c为本发明实现直线平移运动的三种平面十杆机构的简图；
图6a_图6c为本发明实现直线平移运动的三种平面八杆机构的简图；
图7为本发明实现直线平移运动减速器的一种平面十三机构的简图；
图8为本发明实现行程放大的一种平面十三机构的简图；
图9a和9b为本发明一个直线平移机构实例的三维示意图；
图10为本发明一个直线平移机构实例的三维分解示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。 如图la所示为一种产生高精度直线平移运动的具有单个自由度的平面九杆机 构，由机架1、运动平台2、若干个杆3，4，5，6，7，8，9和若干个铰链101， 102， 201， 202， 301， 401，402，403，404，501组成。机架1与运动平台2之间通过杆3， 4， 5， 6， 7， 8和铰链101， 102， 201， 202， 301， 401， 402， 403， 404， 501连接。 该平面9杆机构具有左右对称的形式，本质上是一个经典的Roberts机构与两个 平行四边形縮放机构的组合。经典的Roberts机构如图2a所示，其特点是，杆3、杆5以及
7连杆4的两条边4c和4d的长度相等。更通用的Roberts机构如图2b所示，其特点是，杆 3和杆5的长度相等，而连杆4的两条边4c和4d的长度相等。当满足上述尺寸条件时， Roberts机构连杆4上的连杆点P初始位置处于铰链101和铰链102的连线上。推动杆3 或杆5，则连杆点P生成一条轨迹C，该轨迹C在对称位置附近近似为一条直线，而且该直线 与铰链101和铰链102的连线平行。 在图la所示的平面九杆机构中，杆3在铰链301和铰链401之间的部分为杆3的 上半部3a，杆3在铰链301和铰链101之间的部分为杆3的下半部3b，杆5在铰链501和 铰链401之间的部分为杆5的上半部5a，杆5在铰链501和铰链102之间的部分为杆5的 下半部5a，杆4在铰链401和铰链404之间的部分为杆4的右边4a，杆4在铰链402和铰 链403之间的部分为杆4的右边4b。 在图la所示的平面九杆机构中，杆3的上半部3a、杆6，杆8与连杆4的右边4a 组成右侧的平行四边形；杆5的上半部5a、杆7，杆9与连杆4的左边4b组成左侧的平行四 边形。而且左右两侧的平行四边形关于对称轴线V对称，其中对称轴线V经过Roberts机 构的左侧铰链102和右侧铰链连线101的中点并垂直于该连线。右侧平行四边形机构的浮 动铰链201位于机架1上右侧铰链101和Roberts机构连杆点P的连线上，而左侧平行四 边形机构的浮动铰链202位于机架1上左侧铰链102和Roberts机构连杆点P的连线上。 运动平台2的两端具有两个铰链，分别与铰链201和铰链202重合，换句话说，铰链201和 202是复合铰链，故在图中采用一个圆圈表示普通铰链，而用两个圆圈表示复合铰链。
由于连杆和铰链的约束，运动平台2相对于机架1可以实现小范围的高精度直线 平移运动，而且平移运动方向X与机架1上的铰链201和铰链102的连线平行。需要指出 的是，如果将运动平台2固定而让机架1浮动，则机架1相对于运动平台2实现小范围的高 精度直线平移运动。 如图lb所示为图la所示平面九杆机构的变形，不同之处在于Roberts机构采用 了更通用的形式。 在图la和图lb所示的机构中，杆3的上半部3a的长度相对于杆3的全部长度的 比例可以是从0%到100%。采用的比例越小，运动平台2能获得的直线平移运动范围越大。
图lc为一种不包含复合铰链的平面九杆机构的简图，通过将图la平面九杆机构 中的杆6和杆7分别沿杆3和杆5进行平移，并增加铰链801和901而获得；同理，图ld为 另一种不包含复合铰链的平面九杆机构的简图。为了便于称呼和引用，以下将图la-图ld 中的平面九杆机构命名为Roberts-Pantograph机构。 已知计算平面机构自由度的Grubler公式，Roberts-Pantograph机构的自由度数
D0F = 3(n-1)-2m 其中n为机构中的杆数目，而m为铰链和滑动副的数目。根据Grubler公式，图la 和图lb所示的机构具有九个杆和12个铰链，因此具有3X (9-l)-2X12 = 0个自由度，而 实际上该机构却具有一个活动自由度，换句话说，该机构是一种过约束机构，只有当尺寸加 工很精确时该机构才能运动，而当尺寸加工不精确时该机构不能运动。
图2a_图2f显示了现有技术的六种直线平移机构。其中图2a和图2b分别是 Roberts机构的经典形式和通用形式。如图2c所示为德国PI公司提出的一种基于Roberts 机构的直线平移连杆机构，采用两个Roberts连杆相连获得单自由度直线移动平台。图2d为一种基于Roberts机构和平行四边形原理的直线平移连杆机构。上述机构难以获得紧凑 的结构和很高的结构刚度。 图2e为瑞士电子与微技术中心(CSEM)的美国专利US6059481中提出的基于双平 行四边形的结构，其基本特征在背景材料中已有介绍，其中机架1、运动平台2、中间平台E、 弹性杆L1、L2、L3、L4组成双平行四边形七杆机构，刚性杆L5通过弹性带C1、C2、C3分别与 机架1、中间平台E和运动平台2相连，且弹性带Cl、 C2、 C3的中点共线，因此刚性杆L5起 2 : l比例的杠杆作用。运动平台2相对机架1的运动方向为X，当运动平台2相对机架1 的移动距离为AX时，中间平台E相对于机架1向左移距离AX/2，这使得两个平行四边形 的转动方向相反但幅度相同。该机构具有直线平移行程大和精度高的优点。但是该机构采 用的柔性带C1、 C2、 C3较长，变形量很大，因此结构刚度较小。可以看出如果将柔性带C1、 C2、 C3用三个柔性铰链代替，则运动平台2虽然能产生平移运动，但平移轨迹是以Cl中点 为圆心的圆弧而非直线，不满足直线平移的要求。图2f所示机构为图2e机构的一种变形， 通过縮放仪机构PT替代图2e机构中的刚性杆L5起到杠杆的作用，这一机构虽然也具有直 线平移行程大和精度高的优点，而且刚度比图2e机构要高，但其结构比图la和图lb中的 机构复杂很多。 图3a_图3d显示了四种用于构造直线平移机构的机构模块，它们的共同特点是 (1)包括机架1、运动平台2和中间平台E， (2)具有结构对称的特点，(3)运动平台2具有 两个自由度，其运动空间包括一个沿机架1方向的直线平移自由度。其中图3a和图3b中 的机构都是图la中平面九杆机构(Roberts-Pantogr即h机构)的变形，通过将其中两个平 行四边形縮放机构(Pantograph)的两个杆去除而获得。为了便于称呼，以下将图3a中的 机构命名为RP-I模块，将图3b中的机构命名为RP-II模块。图3c为双平行四边形七杆机 构模块，图3d所示的模块包括Roberts机构和通过铰链安装在连杆点P上的运动平台2，是 Roberts-Pantograph机构在尺寸退化后获得，即对应图la中的杆3的上半部3a和杆5的 上半部5a的长度减小到零，以下简称为RE模块。 将图3a_图3d所示的机构模块进行组合可以获得多种生成直线平移运动的平面 连杆机构。其基本思路是选择两个机构模块，并采用对称布置或者平行布置，即保持两个机 构模块的机架方向平行，将两个机构模块的机架相固连，同时将两个机构模块的运动平台 相固连。根据Grubler自由度计算公式计算，这些组合机构正好具有一个自由度，该自由度 只能是两个机构模块自由度的交集，即一个沿机架方向的直线平移自由度。由于这些组合 机构是非过约束机构，因此即使加工尺寸不是很精确，在安装时和工作时也不会产生过大 的内部应力。 如图4a_图4j所示是十种通过对上述四种机构模块进行组合获得的十二杆机构。 其中图4a_图4d所示的四个机构是通过对称放置两个RP-I模块或两个RP-II模块获得。 而且严格来说，图4c所示的机构与图4a所示的机构本质上是同一种机构，不同之处在于两 个RP-I模块与水平轴线H的距离不同。同理，图4d所示的机构与图4b所示的机构本质上 是同一种机构。图4e和图4f所示的两个机构是通过平行放置两个RP-I模块或两个RP-II 模块获得。图4g和图4h所示的两个机构是通过平行放置一个RP-I模块和一个RP-II模块 获得。其中图4g所示的机构与图4h所示的机构本质上是同一种机构，不同之处在于RP-I 模块和RP-II模块与水平轴线H的距离不同。图4i所示的机构是通过平行放置一个RP-I模
9块和一个双平行四边形七杆机构模块获得，而图4j所示的机构是通过平行放置一个RP-II 模块和一个双平行四边形七杆机构模块获得。 如图5a_图5c所示是三种不对称的十杆机构，图5a是由RE模块和RP_I模块平 行放置组合而成，图5b是由RE模块和RP-II模块平行放置组合而成，图5c是由RE模块和 双平行四边形七杆机构模块平行放置组合而成。 如图6a所示是一种对称的八杆机构，由两个RE模块对称放置组合而成，也可以看 作是图4a和图4b所示十二杆机构退化获得，即对应图la中的杆3的上半部3a和杆5的 上半部5a的长度减小到零；同理，图6b所示是一种对称放置两个RE模块获得的八杆机构， 是图5c和图5d所示十二杆机构退化获得；同理，图6c所示为一种通过平行布置两个RE模 块获得的八杆机构，是图5e和图5f所示机构退化获得。为避免在后面图7和图8中产生 混淆，这里运动平台2改用标记2'表示。 基于上述生成直线平移运动的平面连杆机构可以构造两种不同原理的减速机构。
如图7所示是一种十三杆机构，通过将图6a所示八杆机构和图5a中的十二杆机 构层叠安装组合而成。进行层叠安装的两个所述连杆机构满足如下要求它们的Roberts 机构的尺寸相同但平行四边形机构的尺寸不同。将两个连杆机构的Roberts机构的连杆进 行固接，同时将两个连杆机构的Roberts机构的机架进行固接，就可以得到具有一个机架 1、两个运动平台2和2'的减速机构。采用如图7所示的比例关系时，如果推动驱动运动平 台2'移动lmm，运动平台2的移动距离是0. 5mm，即减速比为2 : 1。通过改变十二杆机构 中平行四边形的尺寸，理论上可以获得任意实数的减速比，但考虑到关节刚度和力传递角 等因素，较合适的减速比在5 : l以内。 如图8所示，图7中的十三杆机构也可以实现差动式行程放大，微位移驱动器PZT 的两端分别与运动平台2'和运动平台2相连。假设采用如图8所示的比例关系时，运动平 台2与运动平台2'的直线平移量的比例是2 : 3，这样PZT微位移驱动器每縮短100um，运 动平台2'移动300um，而运动平台2运动200um，即可以实现1 : 3的行程放大。该机构理 论上也可以获得任意实数的行程放大比例，但较合适的放大比在l : 100以内。
需要指出的是，图7和图8中的十二杆机构选自图4a，但也选择图4b中所示的 十二杆机构；同时八杆机构可以换成图4a或图4b中所示的十二杆机构，因为该八杆机构是 该十二杆机构的一个特例，采用八杆机构仅是为了保持示意图清晰。 如图9a和9b所示为一个直线平移机构实例的三维示意图，分别从正面和底侧显 示了该机构的三维结构和尺寸。该机构对应于图4d中的十二杆机构。 如图IO所示为该直线平移机构的三维分解图，该机构主要包括四个构件机架1、 运动平台2、两个RP-II模块(分别用RP-II-a模块和RP-II-b表示)。RP-II-a模块和 RP-II-b模块的尺寸一致，以RP-II-a模块为例，其构件标号与图la的平面视图相对应，其 中铰链101，102，201，202，301，401，402，501采用圆弧型柔性铰链。该机构通过层叠式安装 以减小机构的体积，其中RP-II-a模块的机架la通过两个螺钉S4与机架1相固连，RP-II-b 模块的机架lb通过两个螺钉S3与机架1相固连，RP-II-a模块的运动平台2a通过两个螺 钉S工与运动平台2相固连，RP-II-b模块的运动平台2b通过两个螺钉S2与运动平台2相 固连。 与现有技术(参见图2c-2d)相比，本发明克服了现有基于Roberts机构的直线平移机构以及基于双平行四边形七杆机构的直线平移机构的紧凑程度低和刚度低的缺点，更 具有如下特点 1.具有杆数量少和结构对称等优点； 2.制造工艺简单，铰链可以采用柔性铰链或者普通轴承； 3.可以组合成直线运动减速器，并且减速比在理论上可以是任意实数，也可以作 为行程放大器。
权利要求
一种生成高精度直线平移运动的平面九杆机构，其特征在于包括一个Roberts机构、第一平行四边形四杆机构、第二平行四边形四杆机构、一个运动平台；两个平行四边形四杆机构对称安装在Roberts机构上，浮动连杆通过铰链与平行四边形四杆机构相连；所述运动平台与Roberts机构的机架中的一个固定，另一个实现小范围的高精度直线平移运动。
2. 按权利要求1所述的平面九杆机构，其特征在于所述Roberts机构包括机架、连 杆、左摇杆和右摇杆；所述机架包括左侧铰链和右侧铰链；所述连杆包括连杆左边缘、连杆 右边缘和连杆点；所述连杆点生成高精度直线轨迹。
3. 按权利要求1所述的平面九杆机构，其特征在于所述平面九杆机构关于对称轴线 左右对称；所述对称轴线经过Roberts机构的左侧铰链和右侧铰链连线的中点并垂直于该 连线。
4. 按权利要求1所述的平面九杆机构，其特征在于所述平行四边形四杆机构包括四 条边，第一条边与第二条边相邻，并分别与Roberts机构的左摇杆和连杆左边缘重合，第三 条边与第一条边相连，或与第二条边相连，第三条边上安装有一个浮动铰链，该浮动铰链处 于Roberts机构连杆点(P)与Roberts机构机架左侧铰链的连线上。
5. 按权利要求1所述的平面九杆机构，其特征在于所述平行四边形四杆机构包括四 条边，第一条边与第二条边相邻，并分别与Roberts机构的右摇杆和连杆右边缘重合，第三 条边与第一条边相连，或与第二条边相连，并与所述第一个平行四边形四杆机构的第三条 边关于所述对称轴线对称，所述边上安装有一个浮动铰链，该浮动铰链处于Roberts机构 连杆点(P)与Roberts机构机架右侧铰链的连线上。
6. 按权利要求1所述的平面九杆机构，其特征在于所述运动平台的左、右两端分别 与所述两个平行四边形四杆机构的浮动铰链相连；所述运动平台与Roberts机构的机架平 行。
7. 按权利要求1所述的平面九杆机构，其特征在于将所述平面九杆机构中Roberts 机构两个摇杆相连的两个杆去除得到一种平面七杆机构；所述平面七杆机构具有两个自由 度，其运动空间内含一个沿机架方向的直线平移自由度。
8. 按权利要求1所述的平面九杆机构，其特征在于将所述平面九杆机构中Roberts 机构的连杆相连的两个杆去除得到一种平面七杆机构；所述平面七杆机构具有两个自由 度，其运动空间内含一个沿机架方向的直线平移自由度。
9. 一种基于权利要求1所述直线平移平面九杆机构的直线平移运动机构构造方法，其 特征在于通过从两自由度机构模块集合中任意选择两个机构模块，将两个机构模块对称 放置或并列放置，使两个机构模块的机架方向平行，将两个机构模块的机架相互固连，同时 将两个机构模块的运动平台相互固连，获得只具有一个机架和一个运动平台的平面组合机 构；所述平面组合机构的自由度为两个机构模块的自由度的交集，是一个沿机架方向的直 线平移运动自由度。
10. 按权利要求9所述构造方法，其特征在于所述两自由度机构模块集合包括四种 两自由度机构模块；第一种模块是将所述平面九杆机构中Roberts机构两个摇杆相连的两 个杆去除得到一种平面七杆机构；第二种模块是将所述平面九杆机构中Roberts机构两个 摇杆相连的两个杆去除得到一种平面七杆机构；第三种模块是由两个平行四边形四杆机构串联得到的双平行四边形七杆机构；第四种模块是由Roberts机构和通过一个铰链安装在 Roberts机构连杆点上的一个运动平台组成的平面五杆机构；所述每种机构模块都具有两 个自由度，其运动平台的运动空间内含一个沿机架方向的直线平移自由度。
全文摘要
本发明涉及一种生成高精度直线平移运动的平面九杆机构和一种构造直线平移运动机构的方法。该机构基于Roberts机构和平行四边形缩放仪(Pantograph)原理设计，其基本形式由一个Roberts机构和两个平行四边形四杆机构组合而成。在此基础形式上可以组合和修改成多种变形，具有杆数量少、结构刚度高、结构紧凑和结构对称等特点。本发明可以广泛应用于需要实现平移运动的场合，可以替代各种小行程导轨，简化维护，也可以作为直线运动减速器，增大驱动力。
文档编号B25J9/16GK101745915SQ20081022998
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月19日 优先权日2008年12月19日
发明者孙元, 罗振军, 许石哲, 邹媛媛 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所