高刚度两自由度球面并联机构的制作方法

文档序号:10927184阅读:323来源:国知局
高刚度两自由度球面并联机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高刚度两自由度球面并联机构。该两自由度球面并联机构主要由支撑中心球面副支链、第一运动支链和第二运动支链组成。支撑中心球面副支链包括定平台、圆柱型支撑杆、支撑半球窝、中心球头、圆柱型输出杆、定平台;第一运动支链自动平台至定平台依次由第一直线驱动器推杆、第一直线驱动器缸体、复合铰链叉架组成;第二运动支链自动平台至定平台依次由第二直线驱动器推杆、第二直线驱动器缸体、支撑销轴组成。本实用新型可实现动平台的二维转动运动,具有结构简单、驱动装置布置方便、承载能力强等优点。
【专利说明】
高刚度两自由度球面并联机构
[0001]技术领域本实用新型属于空间少自由度并联机构技术领域,特别是球面并联机构。
[0002]【背景技术】并联机器人与串联机器人相比,具有刚度大、响应速度快、精度高等优点,在机械工业领域具有广泛的应用。少自由度并联机器人由于结构简单、控制简便、造价低并能够满足许多少于6自由度应用场合的要求,目前已经成为机器人研究的一个新热点,空间少自由度并联机器人机构和传统的六自由度并联机构相比具有结构简单、设计制造和控制的成本都相对较低的特点。
[0003]球面并联机构是一类特殊的空间少自由度并联机构。当机构运动时,动平台上所有点围绕一固定点做距离不变的球面运动。球面并联机构具有结构紧凑、灵活可靠等诸多优点。球面机构在工程上具有重要的应用价值,在宇航、医疗、电子、机械等部门具有广阔的应用前景,如用作机器人的腕关节、机械数字式测量机、卫星定向装置、太阳跟踪装置、射电望远镜、机械加工的回转工作台与零件定位装置。在医疗工程方面,球面机构可用作腹腔外科手术机器人、灵活眼、牙颂模型的激光扫描装置、在眼科手术中视网膜抗凝剂的注射装置以及踝关节与肩关节的修复等等。
[0004]关于三自由度球面并联机构,已有许多构型。2008年,南昌大学的罗玉峰、李剑秀等人,在《三自由度球面并联机构的型综合》(南昌大学学报,第30卷第2期)一文中,以单开链支路为单元,提出了三自由度球面并联机构型综合的一种系统、有的效的方法,共综合出了 145种三自由度球面并联机构;此外,专利文献:CN104827462A、CN101306534A等公开了一些具有中心球面副支链的三自由度球面并联机构。
[0005]和三自由度球面并联机构相比,现有的两自由度球面并联机构构型相对较少,研究比较多的有球面5R机构和两自由度球面并联UP+R机构。此外,专利CN1803410A公开了一种二自由度解耦球面并联机构,包括基座、动平台以及连接于动平台和基座之间的两条运动支链,其中一条运动支链包括两个转动副和一个移动副,移动副轴线相互平行,另一条运动支链包括两个转动副,两个转动副轴线垂直且相交,交点为该球面机构球心,该球面机构在移动副和转动副的驱动下即做球面运动。
[0006]专利CN204450527U公开了一种具有2转动自由度的球面并联机构,包括工作平台和基座,两者之间通过支撑柱连接,其中支撑柱的顶端通过虎克铰链连接工作平台,底端固定连接基座,以支撑工作平台和约束自由度,两段连杆构成的两个支链来传递运动。
[0007]本实用新型提供了一种新型两自由度球面并联机构,旨在解决现有两自由度球面并联机构支撑刚度低、负载能力差等问题,该机构具有支撑稳定、负载能力强、驱动布置方便等优点。为两自由度球面并联机构类型优选提供了依据和更大的选择空间。
[0008]
【发明内容】
本实用新型旨在解决现有两自由度球面并联机构支撑刚度低、负载能力差等问题,提出了一种高刚度两自由度球面并联机构。本实用新型主要由支撑中心球面副支链、第一运动支链和第二运动支链组成。所述的支撑中心球面副支链包括定平台、圆柱型支撑杆、支撑半球窝、中心球头、圆柱型输出杆、动平台。其中,定平台为圆柱体,其上端面固结有第一支撑座和第二支撑座,第一支撑座沿定平台径向的中间平面与第二支撑座沿定平台径向的中间面相互垂直,定平台上端面和圆柱型支撑杆的下端面固联,圆柱型支撑杆的轴线与定平台的轴线重合,圆柱型支撑杆的上端和支撑半球窝下部固联,支撑半球窝为内凹球面且球心在回转轴线上的回转体,其上端面与回转轴线垂直,圆柱型支撑杆的轴线穿过支撑半球窝的中心且与支撑半球窝的回转轴重合,支撑半球窝的内凹球面内设有中心球头,两者球心重合构成球面副,该中心球头上部与圆柱型输出杆下端固联,该圆柱型输出杆的轴线过中心球头的球心,该圆柱型输出杆上部与动平台下端面固联,动平台为圆柱体,动平台的轴线和圆柱型输出杆的轴线重合,动平台的侧部固结有第一分支和第二分支,第一分支和第二分支的末端分别和第一分支球头和第二分支球头固结,第一分支球头的球心与动平台轴线所构成的平面与第二分支球头的球心与动平台轴线所构成的平面相互垂直,第一分支球头的球心、第二分支球头的球心以及中心球头的球心所构成的平面垂直于圆柱型输出杆的轴线。
[0009]所述的第一运动支链自动平台至定平台依次由第一直线驱动器推杆、第一直线驱动器缸体、复合铰链叉架组成。其中,第一直线驱动器缸体的下部与定平台上的第一支撑座通过一个T字形横竖两转动副轴线正交的复合铰链叉架连接,该复合铰链叉架的横向转动副轴线与圆柱型支撑杆的轴线垂直相交,第一直线驱动器缸体和第一直线驱动器推杆通过移动副相连,第一直线驱动器推杆上部与第一分支球头通过球面副相连。
[0010]所述的第二运动支链自动平台至定平台依次由第二直线驱动器推杆、第二直线驱动器缸体、支撑销轴组成。其中,第二直线驱动器缸体的下部与定平台上的第二支撑座通过一个支撑销轴构成转动连接,该支撑销轴的轴线与圆柱型支撑杆的轴线相互垂直,第二直线驱动器缸体和第二直线驱动器推杆通过移动副相连,第二直线驱动器推杆上部与第二分支球头通过球面副相连。
[0011]本实用新型具有支撑稳定、负载能力强、驱动布置方便等优点。为两自由度球面并联机构类型优选提供了依据和更大的选择空间。
【附图说明】
:
[0012]图1是高刚度两自由度球面并联机构结构示意图;
【具体实施方式】
:
[0013]实施例1:
[0014]结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0015]高刚度两自由度球面并联机构主要由支撑中心球面副支链、第一运动支链和第二运动支链组成。所述的支撑中心球面副支链包括定平台1、圆柱型支撑杆2、支撑半球窝3、中心球头4、圆柱型输出杆5、动平台6。其中,定平台I为圆柱体,其上端面固结有第一支撑座7和第二支撑座8,第一支撑座7沿定平台径向的中间平面与第二支撑座8沿定平台径向的中间面相互垂直,定平台I上端面和圆柱型支撑杆2的下端面固联,圆柱型支撑杆2的轴线与定平台I的轴线重合,圆柱型支撑杆2的上端和支撑半球窝3下部固联,支撑半球窝3为内凹球面且球心在回转轴线上的回转体,其上端面与回转轴线垂直,圆柱型支撑杆2的轴线穿过支撑半球窝3的中心且与支撑半球窝3的回转轴重合,支撑半球窝3的内凹球面内设有中心球头4,两者球心重合构成球面副,该中心球头4上部与圆柱型输出杆5下端固联,该圆柱型输出杆5的轴线过中心球头4的球心,该圆柱型输出杆5上部与动平台6下端面固联,动平台6为圆柱体,动平台6的轴线和圆柱型输出杆5的轴线重合,动平台6的侧部固结有第一分支9和第二分支10,第一分支9和第二分支10的末端分别和第一分支球头11和第二分支球头12固结,第一分支球头11的球心与动平台6轴线所构成的平面与第二分支球头12的球心与动平台6轴线所构成的平面相互垂直,第一分支球头11的球心、第二分支球头12的球心以及中心球头4的球心所构成的平面垂直于圆柱型输出杆5的轴线。
[0016]所述的第一运动支链自动平台6至定平台I依次由第一直线驱动器推杆13、第一直线驱动器缸体14、复合铰链叉架15组成。其中,第一直线驱动器缸体14的下部与定平台I上的第一支撑座7通过一个T字形横竖两转动副轴线正交的复合铰链叉架15连接,该复合铰链叉架15的横向转动副轴线与圆柱型支撑杆2的轴线垂直相交,第一直线驱动器缸体14和第一直线驱动器推杆13通过移动副相连,第一直线驱动器推杆13上部与第一分支球头11通过球面副相连。
[0017]所述的第二运动支链自动平台6至定平台I依次由第二直线驱动器推杆16、第二直线驱动器缸体17、支撑销轴18组成。其中,第二直线驱动器缸体17的下部与定平台I上的第二支撑座8通过一个支撑销轴18构成转动连接,该支撑销轴18的轴线与圆柱型支撑杆2的轴线相互垂直,第二直线驱动器缸体17和第二直线驱动器推杆16通过移动副相连,第二直线驱动器推杆16上部与第二分支球头12通过球面副相联。
[0018]直线驱动器可以是液压缸或电动缸,第一直线驱动器推杆13和第二直线驱动器推杆16往复运动,带动动平台6转动。
【主权项】
1.高刚度两自由度球面并联机构,其特征是:该两自由度球面并联机构主要由支撑中心球面副支链、第一运动支链和第二运动支链组成;所述的支撑中心球面副支链包括定平台、圆柱型支撑杆、支撑半球窝、中心球头、圆柱型输出杆、动平台,其中,定平台为圆柱体,其上端面固结有第一支撑座和第二支撑座,第一支撑座沿定平台径向的中间平面与第二支撑座沿定平台径向的中间面相互垂直,定平台上端面和圆柱型支撑杆的下端面固联,圆柱型支撑杆的轴线与定平台的轴线重合,圆柱型支撑杆的上端和支撑半球窝下部固联,支撑半球窝为内凹球面且球心在回转轴线上的回转体,其上端面与回转轴线垂直,圆柱型支撑杆的轴线穿过支撑半球窝的中心且与支撑半球窝的回转轴重合,支撑半球窝的内凹球面内设有中心球头,两者球心重合构成球面副,该中心球头上部与圆柱型输出杆下端固联,该圆柱型输出杆的轴线过中心球头的球心,该圆柱型输出杆上部与动平台下端面固联,动平台为圆柱体,动平台的轴线和圆柱型输出杆的轴线重合,动平台的侧部固结有第一分支和第二分支,第一分支和第二分支的末端分别和第一分支球头和第二分支球头固结,第一分支球头的球心与动平台轴线所构成的平面与第二分支球头的球心与动平台轴线所构成的平面相互垂直,第一分支球头的球心、第二分支球头的球心以及中心球头的球心所构成的平面垂直于圆柱型输出杆的轴线;所述的第一运动支链自动平台至定平台依次由第一直线驱动器推杆、第一直线驱动器缸体、复合铰链叉架组成,其中,第一直线驱动器缸体的下部与定平台上的第一支撑座通过一个T字形横竖两转动副轴线正交的复合铰链叉架连接,该复合铰链叉架的横向转动副轴线与圆柱型支撑杆的轴线垂直相交,第一直线驱动器缸体和第一直线驱动器推杆通过移动副相连,第一直线驱动器推杆上部与第一分支球头通过球面副相连;所述的第二运动支链自动平台至定平台依次由第二直线驱动器推杆、第二直线驱动器缸体、支撑销轴组成,其中,第二直线驱动器缸体的下部与定平台上的第二支撑座通过一个支撑销轴构成转动连接,该支撑销轴的轴线与圆柱型支撑杆的轴线相互垂直,第二直线驱动器缸体和第二直线驱动器推杆通过移动副相连,第二直线驱动器推杆上部与第二分支球头通过球面副相连。
【文档编号】B25J9/00GK205614647SQ201620254215
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】周玉林, 杨中原, 杨龙, 刘扬
【申请人】燕山大学
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1