一种新型多支路液控球面并联机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型是一种新型多支路液控球面并联机构，并联机构包括底座、平衡座、静平台、动平台、条完全相同的支链、轴座、连接座和三个摆动缸，在底座上设置有平衡座，在平衡座上设置有静平台，每条支链由曲柄、连杆通过六个转动副连接而成，曲柄与连杆完全相同，在动平台上设置有随动平台的运动而运动的连接座，每个摆动缸驱动每条支链的运动，支链带动动平台实现三维转动。 支链创造性的将串联机构引入到并联之路中，底座、静平台以及平衡座固定；曲柄在液压驱动装置的作用下做圆周运动，通过支链的传动，与连杆通过转动副连接的动平台也会随着支链做相应的运动，在三个同样的驱动装置的作用下，动平台能够在球面上实现空间的三维转动和移动。
【专利说明】一种新型多支路液控球面并联机构
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及并联机构和液压控制【技术领域】，具体的说是涉及一种新型多支路 液控球面并联机构。
【背景技术】
[0002] 并联机构属于空间多自由度多环闭链机构，和串联机构相比，并联机构具有刚度 大、承载能力大、累计误差小、动态特性好、环境适应性强、结构紧凑等特点，因而被广泛应 用于高尖端的航空航天仪器、并联机器人、虚拟轴机床、微动操作台和各种运动模拟器、传 感器等方面。自由度为2飞的少自由度并联机构更具有实用价值。球面三自由度并联机构 是少自由度并联机构中极为重要的一类，可以实现绕机构转动中心的三个转动自由度。球 面三自由度并联机构以3-3R球面并联机构为代表，其机构特性为所有转动副的轴线交于 一点，其动平台可以实现绕该交点的自由转动。
[0003] 加拿大学者Gosselin最早研究、设计基于球面并联机构的"灵巧眼"，后来国内一 些学者也提出了一些球面并联机构或装置，例如：
[0004] 1、专利ZL200810055018. 6提出了一种具有中心球面铰链的偏置输出三自由度球 面并联机构，包括三自由度球面并联机构、中心球面铰链和偏置输出杆单元；
[0005] 2、专利201010126955. 3提出了一种三自由度球面并联机构仿生眼睛，其技术方 案是安装在球形仿生眼球里面的微型摄像头随着球形仿生眼球一起旋转，球面并联机构的 三个分支分别与球形仿生眼球的下部连接，驱动球形仿生眼球的旋转运动，球形仿生眼球 的工作空间为半锥角45度的圆锥形；
[0006] 3专利201010274735. 5提出了用于虚轴机床和机器人的三转动并联机构，其技 术方案为由机架、动平台以及连接在机架与动平台之间的第一运动支链，第二运动支链和 第三运动支链组成。其中的第一运动支链包括顺序相连的第一万向铰链、第一移动副和第 二万向铰链，第二运动支链包括顺序相连的第三万向铰链、第二移动副和第四万向铰链，第 三运动支链包括顺序相连的转动副和第五万向铰链。转动自由度仅依赖运动支链的运动副 的线性控制。
[0007] 上述三维转动并联机构的结构都较为复杂，精度不高，承载能力一般，为使三维 转动并联机构等到更广泛的应用，需要综合结构简单、灵活度好、刚度高的实用化新型并联 机构。所以，为了达到此目的，本实用新型并联机构需要实现以下特性：
[0008] 1)运动平台（操作平台）要求实现3个自由度的运动，即绕三个坐标轴的转动 ? α^β,γ)。
[0009] 2)并联机构的工作空间要求足够大，运动平台的转角范围要求较大，为满足该 装置发射要求，其主要功能技术参数为：在某位置点可进行转动，转动范围：高低角为 -8°~76。，方向角为0。~110°。
[0010] 3)体积小，重量轻，可车载，能适应野外实验，较低的生产成本和维修费用。
[0011] 4)良好的承载能力和良好的精度特性和运动稳定性。
【发明内容】
[0012] 为了解决上述问题，本实用新型一种新型多支路液控球面并联机构，具有完全对 称的结构，输出精度高、结构刚性好、承载能力强、便于控制、部件简单；动平台可实现球面 三维转动。
[0013] 为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0014] 本实用新型是一种新型多支路液控球面并联机构，并联机构包括底座、平衡座、 静平台、动平台、条完全相同的支链、轴座、连接座和外设的驱动装置三个摆动缸，在底座 上设置有平衡座，在平衡座上设置有静平台，每条支链由曲柄、连杆通过六个转动副连接而 成，曲柄与连杆完全相同，在动平台上设置有随动平台的运动而运动的连接座，曲柄一与连 杆二、曲柄二与连杆三分别通过第一转动副组中的转动副三，第二转动副组中的转动副四 组成两条串联分支，在所述两条串联分支的中间通过连杆一、第一转动副组中的转动副五， 第二转动副组中的转动副六并联起来，所述第一转动副组和所述第二转动副组均包括两个 独立的转动副，转动副三和转动副五属于第一转动副组，转动副四和转动副六属于第二转 动副组，在上端通过连杆四、转动副七、转动副八并联起来，支链通过转动副一、转动副二与 静平台相连，通过转动副九与动平台相连，与静平台相连的转动副一、转动副二分别位于曲 柄一、曲柄二的一端，与动平台相连的转动副九位于连杆四的中点位置，每个摆动缸驱动每 条支链的运动，支链带动动平台实现三维转动。
[0015] 本实用新型的进一步改进在于：每条支链均为平行四边形机构。
[0016] 本实用新型的进一步改进在于：静平台、动平台、条支链以及连接座的球心交于一 点。
[0017] 本实用新型的进一步改进在于：摆动缸由液压驱动。
[0018] 本实用新型的进一步改进在于：底座、平衡座及静平台三者相对静止。
[0019] 本实用新型的有益效果是：本实用新型的多支路液控球面并联机构其工作原理为 摆动缸驱动支链运动，支链带动动平台实现三维转动，在三条支链上引入串联机构，创造性 的把串联机构引入到并联支路中，具有输出精度高、结构刚性好、承载能力强、便于控制、部 件简单、工作空间大等特点，可广泛用作各种控制装置的执行机构。
[0020] 本实用新型结构简单，操作方便、设计合理，承载力强，便于操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是本实用新型的总体结构示意图。
[0022] 图2是本实用新型支链的部分结构示意图。
[0023] 其中：1_底座，2-平衡座，3-静平台，4-动平台，5-支链，6-轴座，7-连接座，9-转 动副一，10-转动副二，11-曲柄一，12-曲柄二，13-第一转动副组，15-第二转动组，17-连 杆一，18-连杆二，19-连杆三，20-转动副七，21-转动副八，22-转动副九，23-连杆四。
【具体实施方式】
[0024] 为了加深对本实用新型的理解，下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步 详细描述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不对本实用新型的保护范围构成限定。
[0025] 如图I -2所示，本实用新型是一种新型多支路液控球面并联机构，所述并联机构 包括底座1、平衡座2、静平台3、动平台4、3条完全相同的支链5、轴座6、连接座7和外设 的驱动装置三个摆动缸，在所述底座1上设置有平衡座2,在所述平衡座2上设置有静平台 3,底座固定，平衡座固定在底座上，静平台固定在平衡座上，在所述动平台4上设置有随所 述动平台4的运动而运动的连接座7,每条所述支链5由曲柄、连杆通过六个转动副连接而 成，曲柄与连杆完全相同，曲柄一 11与连杆二18、曲柄二12与连杆三19分别通过第一转动 副组13中的转动副三，第二转动副组15中的转动副四组成两条串联分支，在所述两条串联 分支的中间通过连杆一 17、第一转动副组13中的转动副五，第二转动副组15中的转动副六 并联起来，所述第一转动副组13和所述第二转动副组15均包括两个独立的转动副，转动副 三和转动副五属于第一转动副组13,转动副四和转动副六属于第二转动副组15,在上端通 过连杆四23、转动副七20、转动副八21并联起来，所述支链5通过转动副一 9、转动副二10 与静平台3相连，通过转动副九22与动平台4相连，与静平台3相连的转动副一 9、转动副 二10分别位于曲柄一 11、曲柄二12的一端，与动平台4相连的转动副九22位于连杆四23 的中点位置，每个所述摆动缸驱动每条所述支链5的运动，所述支链5带动所述动平台4实 现三维转动，所述底座1、所述平衡座2及所述静平台3三者相对静止，并具有一定的强度， 每条所述支链5均为平行四边形机构，3对由曲柄、连杆构成每一条支链都引入串联机构， 都是通过平行四边形机构构成，以保证其强度和刚度。每对支链之间在运动时不可相互干 涉，静平台3、动平台4、3条支链5以及连接座7的球心交于一点，所述摆动缸由液压驱动， 摆动缸作为动力源由液压驱动，其压力可以调节以满足各种状态下的运动，其数目为三，以 驱动三对曲柄，静平台、动平台、3对由曲柄、连杆构成的支链以及连接座，根据需求不同，可 调整其尺寸以满足需求。
[0026] 本实用新型支链创造性的将串联机构引入到并联之路中，底座、静平台以及平衡 座固定；曲柄在液压驱动装置的作用下做圆周运动，通过支链的传动，与连杆通过转动副连 接的动平台也会随着支链做相应的运动，在三个同样的驱动装置的作用下，动平台能够在 球面上实现空间的三维转动和移动。
【权利要求】
1. 一种新型多支路液控球面并联机构，所述并联机构包括底座（1)、平衡座（2)、静平 台（3)、动平台（4)、3条完全相同的支链（5)、轴座（6)、连接座（7)和外设的驱动装置三个 摆动缸，其特征在于：在所述底座（1)上设置有平衡座（2)，在所述平衡座（2)上设置有静平 台（3)，每条所述支链（5)由曲柄、连杆通过六个转动副连接而成，曲柄与连杆完全相同，在 所述动平台（4)上设置有随所述动平台（4)的运动而运动的连接座（7)，曲柄一（11)与连杆 二（18)、曲柄二（12)与连杆三（19)分别通过第一转动副组（13)中的转动副三，第二转动 副组（15)中的转动副四组成两条串联分支，在所述两条串联分支的中间通过连杆一（17)、 第一转动副组（13)中的转动副五，第二转动副组（15)中的转动副六并联起来，所述第一 转动副组（13)和所述第二转动副组（15)均包括两个独立的转动副，转动副三和转动副五 属于第一转动副组（13)，转动副四和转动副六属于第二转动副组（15)，在上端通过连杆四 (23)、转动副七（20)、转动副八（21)并联起来，所述支链（5)通过转动副一（9)、转动副二 (10)与静平台（3)相连，通过转动副九（22)与动平台（4)相连，与静平台（3)相连的转动副 一（9)、转动副二（10)分别位于曲柄一（11)、曲柄二（12)的一端，与动平台（4)相连的转动 副九（22)位于连杆四（23)的中点位置，每个所述摆动缸驱动每条所述支链（5)的运动，所 述支链（5)带动所述动平台（4)实现三维转动。
2. 根据权利要求1所述一种新型多支路液控球面并联机构，其特征在于：每条所述支 链（5)均为平行四边形机构。
3. 根据权利要求1所述一种新型多支路液控球面并联机构，其特征在于：静平台（3)、 动平台（4)、3条支链（5)以及连接座（7)的球心交于一点。
4. 根据权利要求1所述一种新型多支路液控球面并联机构，其特征在于：所述摆动缸 由液压驱动。
5. 根据权利要求1所述一种新型多支路液控球面并联机构，其特征在于：所述底座 (1 )、所述平衡座（2 )及所述静平台（3 )三者相对静止。
【文档编号】B25J9/00GK204160473SQ201420520146
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】于百业, 冯勇, 卢立永 申请人:南京工程学院