专利名称：具有非对称支链的三平动自由度并联机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业机器人，更具体地说，本发明涉及一种具有非对称支链的并联机床机构。
背景技术：
所谓的并联机构，是指拥有2～6自由度的多环闭合运动链的运动机构。由于它与串联机构相比，具有刚度/质量比大、便于模块化设计等特点，所以，目前已被广泛应用于工业机器人、数控机床、运动模拟器、医用机器人、以及微电子制造中的精密定位装置等多个方面。
现有的少自由度空间并联机构一般为对称型，它通常需要由主动支链本身，或者通过一条从动支链对动平台的自由度提供一定的约束。如瑞士的Delta机构，它就属于对称型结构，其动平台的转动自由度以其支链的平行四边形结构提供限制，使所述的动平台仅可做三维平动。又如瑞典的Neos Robotics公司生产的Tricept系列五自由度混联机械手，它的并联机构部分由3根对称分布的主动伸缩杆和一根可伸缩的从动杆来确定动平台的转动位置，所述的从动杆在绕自身轴线转动的同时，还绕与该轴线正交的两个轴线转动，进而实现动平台参考点在球坐标系中三个自由度的移动。又如德国Heckert公司生产的SMK三平动自由度并联机床，由3根对称分布的伸缩杆来确定动平台的空间位置，并由平行四边形机构构成的从动支链限制绕与动平台轴线正交的两轴线的转动。
上述的具有对称从动支链的并联机构，虽然刚度较高，但由于主动支链与从动支链彼此分离，所以，机械结构比较复杂，运动副的数目较多，占用空间较大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、紧凑，占用空间小，且运动副数目少的具有非对称支链的三平动自由度并联机构。
本发明的具有非对称支链的三平动自由度并联机构，由机架、设置有主轴的动平台、以及设置在所述机架和动平台之间的三条运动支链构成；所述的三条运动支链包括两条分别设置在机构两侧的伸缩主动支链和一条设置在机构下部的平行主动支链；所述的两条伸缩主动支链分别由上虎克铰、与所述的上虎克铰连接的伸缩杆、设置在伸缩杆下部的电机以及设置在电机外部的下虎克铰构成，它们的上端分别通过上虎克铰设置在所述动平台的两个侧面，它们的下端分别通过下虎克铰连接机架；所述的平行主动支链为通过支架连接的两个平行四边形结构组成的平面铰接机构，所述的平行四边形之一由支架、分别设置在所述支架上端和下端的主动臂与副主动臂以及设置在所述的主动臂与副主动臂之间的转轴构成，该平行四边形的一个臂上设置有驱动电机；所述的平行四边形之二由支架、动平台、分别设置在所述动平台前端和后端且连接支架的从动臂与副从动臂构成。
所述的动平台与所述的主动臂之间设置有由辅助支撑杆连接平衡弹簧构成的平衡装置，所述平衡装置的一端与所述动平台的后端铰接，其另一端与所述主动臂的后端铰接；所述的平衡弹簧为机械式拉压弹簧、空气弹簧或液压弹簧中的任一种。
所述三条运动支链与机架的连接处均位于机构下方；所述平面铰接机构的各构件之间均为转动副连接；所述平面铰接机构的各臂均采用框架结构。
本发明将传统的带有从动支链的对称并联结构中的主动支链与从动支链合并成一条支链，不仅使之同时具有提供运动和提供约束的功能，而且使之结构紧凑，运动副数目少，占用空间小。
图1是本发明的结构示意图之一；图2是本发明的结构示意图之二。
图中标记支架1、电机2、下虎克铰3、从动臂4、伸缩杆5、主轴6、动平台7、上虎克铰8、主动臂9、电机10、副主动臂11、平衡弹簧12、辅助支承杆13、副从动臂14、机架15、转轴16。
具体实施例方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细描述。
图1和图2是本发明在两个不同角度的结构示意图。由图可见，本发明由机架15、动平台7和设置在所述的机架15和动平台7之间的三条运动支链构成；所述的三条运动支链分别为两条伸缩主动支链和一条平行主动支链，所述的两条伸缩主动支链分别设置在机构的两侧，所述的一条平行主动支链设置在机构的下部；两条伸缩主动支链的构成相同，均是伸缩杆5的上端通过上虎克铰8设置在动平台7的侧面，所述的上虎克铰8与伸缩杆5之间构成转动副，所述伸缩杆5的下端装有电机2，所述的电机2通过其两侧的共线转轴设置在下虎克铰3之内，所述的下虎克铰3连接在机架15上，如此设置可使电机2在两个方向上自由摆动，并控制伸缩杆5在机架15和动平台7之间的伸缩长度；所述的平行主动支链为一个平面铰接机构，它由两个通过支架1连接的平行四边形结构构成；所述的平行四边形之一由支架1、分别设置在支架1上端和下端的主动臂9与副主动臂11、以及设置在所述的主动臂9与副主动臂11之间的转轴16构成；所述的平行四边形之二由支架1、动平台7、分别设置在所述动平台7的前端和后端且连接支架1的从动臂4与副从动臂14构成；为了克服动平台7以及其它部件的重力，减小电机的静态力矩，在所述动平台7与所述主动臂9之间设置有由辅助支撑杆13连接平衡弹簧12构成的平衡装置，以起到对动平台7的支撑作用。所述平衡装置中的平衡弹簧即可以是机械式拉压弹簧，也可以是空气弹簧或液压弹簧中的任一种。
在所述的平行主动支链中，转轴16与机架15之间通过转动铰链连接，进而使该平行主动支链可绕该转动铰链的转轴自由摆动。这种结构布局可使绕动平台7轴线的转动为其位置的函数，同时可限制与该轴正交的两个转动自由度，进而实现动平台7的空间三维平动。所述平行主动支链中的主要构件采用框架结构，以提供足够的静、动态刚度。在由支架1、主动臂9、副主动臂11以及转轴16构成的平行四边形中，一个臂(主动臂9)上设置有驱动电机10，当驱动电机10转动时，可以带动主动臂9绕转轴16转动。由于所述的主动臂9连接从动臂4，从而带动动平台7运动；又由于所述的两个平行四边形由支架1连接构成具有同时提供运动和提供约束功能的平行机构，所以限制了设置在动平台7上的主轴6的转动自由度；还由于此平行主动支链的各臂(主动臂9、副主动臂11、从动臂4和副从动臂14)采用了框架结构，使其可以吸收机床工作时产生的振动，并能提高机床的扭转刚度。
本发明的具有非对称支链的三平动自由度并联机构，包括了两条伸缩主动支链和一条平行主动支链，并将传统的对称并联结构中的一条主动支链与从动支链的结构合为一体，不仅简化了其结构，而且使之同时具有了提供运动和提供约束的功能；此外，本发明的非对称支链的结构设置，可使三条运动支链与机架15的连接位置均处于机构的下方，这种设置方式，降低了机架的高度，节省了机床结构的占用空间。
以上对本发明及其实施方式的描述是示意性的，没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，例如，本发明的整体结构可以不同的方向安装。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，作出其他实施例，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种具有非对称支链的三平动自由度并联机构，由机架、设置有主轴的动平台、以及设置在所述机架和动平台之间的三条运动支链构成；其特征是所述的三条运动支链包括两条分别设置在机构两侧的伸缩主动支链和一条设置在机构下部的平行主动支链；所述的两条伸缩主动支链分别由上虎克铰、与所述的上虎克铰连接的伸缩杆、设置在伸缩杆下部的电机以及设置在电机外部的下虎克铰构成，它们的上端分别通过上虎克铰设置在所述动平台的两个侧面，它们的下端分别通过下虎克铰连接机架；所述的平行主动支链为通过支架连接的两个平行四边形结构组成的平面铰接机构，所述的平行四边形之一由支架、分别设置在所述支架上端和下端的主动臂与副主动臂以及设置在所述的主动臂与副主动臂之间的转轴构成，该平行四边形的一个臂上设置有驱动电机；所述的平行四边形之二由支架、动平台、分别设置在所述动平台前端和后端且连接支架的从动臂与副从动臂构成。
2.根据权利要求1所述的具有非对称支链的三平动自由度并联机构，其特征是所述三条运动支链与机架的连接处均位于机构下方。
3.根据权利要求1所述的具有非对称支链的三平动自由度并联机构，其特征是所述平面铰接机构的各构件之间均为转动副连接。
4.根据权利要求1所述的具有非对称支链的三平动自由度并联机构，其特征是所述平面铰接机构的各臂均采用框架结构。
5.根据权利要求1所述的具有非对称支链的三平动自由度并联机构，其特征是所述的动平台与所述的主动臂之间设置有由辅助支撑杆连接平衡弹簧构成的平衡装置，所述平衡装置的一端与所述动平台的后端铰接，其另一端与所述主动臂的后端铰接。
6.根据权利要求1所述的具有非对称支链的三平动自由度并联机构，其特征是所述的平衡弹簧为机械式拉压弹簧、空气弹簧或液压弹簧中的任一种。
全文摘要
本发明公开了一种具有非对称支链的三平动自由度并联机构。它由机架、设置有主轴的动平台、以及设置在所述机架和动平台之间的三条运动支链构成；所述的三条运动支链包括两条分别设置在机构两侧的伸缩主动支链和一条设置在机构下部的平行主动支链；所述的两条伸缩主动支链分别由上虎克铰、与所述的上虎克铰连接的伸缩杆、设置在伸缩杆下部的电机以及设置在电机外部的下虎克铰构成；所述的平行主动支链为通过支架连接的两个平行四边形结构组成的平面铰接机构；所述三条运动支链与机架的连接处均位于机构下方。本发明将传统对称并联结构中的主动支链与从动支链合并成一条支链，使之同时具有提供运动和提供约束的功能。
文档编号B25J9/08GK1524663SQ0314428
公开日2004年9月1日 申请日期2003年9月16日 优先权日2003年9月16日
发明者黄田, 李占贤, 李曚, 张大卫, 黄 田 申请人:天津大学