专利名称：二自由度平移运动并联机构的制作方法
技术领域：
本发明属于工业机器人领域，特别是一种二自由度平移运动并联机器人机构。 背景技术：
并联机构由固定平台、运动平台及连接两个平台的多个分支机构组成，其驱动电机 可以固定在固定平台上，减少了运动部件的质量，且并联机构是多个构件共同支撑运动 平台运动。相对传统的串联机构，更易实现结构紧凑、模块化设计、高刚度以及运动的 高速。在近20年来受到越来越多的研究者和制造商的重视，并已应用到机床、高精密 定位装置、飞行模拟器、飞船对接、医疗机器人和微动机械等众多领域中。并联机构按自由度分类有二自由度并联机构、三自由度并联机构、四自由度并联 机构、五自由度并联机构和六自由度并联机构。当自由度较多时，由其机构本身的特点， 存在运动耦合增强且工作空间与体积比变小，运动正解不封闭和标定困难等问题，而且 在医药、食品，以及微电子产品装配等自动化生产线上一些自动装置只需要较少的运动 自由度就可满足要求，因此一些少自由度并联机构受不少研究者关注，提出不少新的少 自由度并联机构，并研究其应用。二自由度平移运动并联机构因其自由度少，运动封闭， 应用广泛，己成为研究的一个热点。为保证二自由度并联机构作平移运动，现有的技术方案多数是采用平行四边形支链结构来实现运动平台的平移运动。例如，CN1628939A、 CN2700064Y、 CN2693426Y 和CN2741730Y提出的二自由度移动平面并联机构采用平行四边形支链来约束运动平 台的运动，使得运动平台只能作平面平移运动，这些方案可以很好地保证机构的平移运 动，但是其克服垂直其运动平面的载荷能力不强，也就是说在垂直运动平面的刚度不高。 这是由于平行四边形机构包含有四个轴线平行的转动副，在垂直平行四边形运动平面的 力载荷作用下，组成平行四边形的杆件将要承受弯矩作用，而且杆件越长，所承受的弯 矩将越大，这将影响用其组成的二自由度平动并联机器人机构的刚度。为提高在垂直运 动平面的刚度，CN1817574A提出增加两根被动约束分支结构，采用电磁式可控阻尼杆 来调节二自由度平动并联机构的刚度，但其结构本质上也是基于平行四边形来构造，所 提出方案既不能从结构本质上解决垂直运动平面的刚度低的问题，同时又增加了控制的 难度和成本。CN1715009A提出的二自由度平动并联机构比较有特色，其没有采用平行四边形机构的约束来实现二自由度平移运动，而是通过对滑台的巧妙设计来构造二自由 度平动机构，且输出的运动解耦，由于也是通过平面结构来实现运动平台的平移运动， 所有也存在在垂直运动平面的方向刚度不高这一缺点。
发明内容本发明的目的在于提供一种的二自由度平移运动并联机构，该机构在运动平面内刚 度很高，同时在垂直于运动平面的方向的刚度也很高。实现本发明目的的技术解决方案为 一种二自由度平移运动并联机构，两个导轨 设置在固定平台上，该固定平台与作两自由度平移运动的运动平台通过两条运动支链连 接并形成一个封闭的结构。每条运动支链包括运动滑块以及连接该运动滑块和固定平台 的三个子约束支链，该三个子约束支链分别由与运动滑块连接的虎克铰、连杆和与运动 平台连接的虎克铰组成，该三个子约束支链分布在导轨轴线的两侧，其中有两个子约束 支链是布置在导轨轴线的一侧，另一个子约束支链设置在导轨轴线的另一侧；该三个子 约束支链的三个连杆长度相等，每个子约束支链与运动滑块相连的虎克铰的转动副轴线 分别与运动平台相连的虎克铰的转动副轴线相互平行，与连杆相连的虎克铰的转动副轴 线相互平行；与运动滑块连接的第一虎克铰的中心与第三虎克铰中心的距离等于与运动 平台连接的第一虎克铰中心与第三虎克铰中心的距离；与运动滑块连接的第一、第二、 第三虎克铰的中心组成一个三角形，与运动平台连接的第一、第二、第三虎克铰的中心 组成一个三角形，所述的两个三角形相互平行但不全等。本发明与现有技术相比，其显著优点(1)本发明的二自由度平移运动并联机构采 用虎克铰的运动约束来实现，形成空间约束，抵抗各个方向的载荷能力都强，而采用平 行四边形机构的约束来保证运动平台具有二自由度平移运动的机构形成的约束相互平 行，抵抗多个方向的载荷能力不强，如垂直于运动平面的方向，因此在同等条件下本发 明的机构具有更高的刚度。(2)本发明机构连杆两端为虎克铰，使得连杆在外部载荷作 用下不再受弯矩作用，改善了机构的受力状况。当通过连杆长度增加来增大其工作空间 时，不需要加大连杆的几何结构尺寸来保证其刚度，减少其几何质量，进一步减小其惯 性载荷，这样机构的性能可以进一步提升。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 四
图1为本发明的二自由度平移运动并联机构的实施例1的总体结构示意图。 图2为本发明的二自由度平移运动并联机构的实施例2的总体结构示意图。 图3为本发明的二自由度平移运动并联机构的实施例3的总体结构示意图。 五具体实施方式
结合图l，本发明二自由度平移运动并联机构，固定平台l保持不动，运动平台6 可作两自由度平移运动。两个导轨2设置在固定平台1上，该固定平台1与运动平台6 通过两条运动支链连接并形成封闭结构。每条运动支链包括运动滑块3以及连接该运动 滑块3和固定平台1的三个子约束支链，该三个子约束支链分别由与运动滑块3连接的 虎克铰41a、 42a、 43a、连杆51、 52、 53和与运动平台6连接的虎克铰41b、 42b、 43b 组成，该三个子约束支链分布在导轨2轴线的两侧，其中有两个子约束支链是设置在平 行导轨2轴线的一侧，另一个子约束支链设置在导轨2轴线的另一侧；该三个子约束支 链的三个连杆51、 52、 53长度相等，每个子约束支链与运动滑块3相连的虎克铰41a、 42a、 43a的转动副轴线分别与运动平台6相连的虎克铰41b、 42b、 43b的转动副轴线相 互平行，与连杆51、 52、 53相连的虎克铰41a、 42a、 43a、 41b、 42b、 43b的转动副轴 线相互平行；与运动滑块3连接的第一虎克铰41a的中心与第三虎克铰43a中心的距离 等于与运动平台6连接的第一虎克铰41b中心与第三虎克铰43b中心的距离；与运动滑 块3连接的第一、第二、第三虎克铰41a、 42a、 43a的中心组成一个三角形，与运动平 台6连接的第一、第二、第三虎克铰41b、 42b、 43b的中心组成一个三角形，所述的两 个三角形相互平行但不全等。其中， 一条运动支链的三个子约束支链与另一条运动支链 的三个子约束支链中的杆件长度相同或不相同。通过三个子约束支链的约束，使得运动平台6的姿态与运动滑块3的姿态保持一 致，而运动滑块3只能在固定平台1上滑动，不能改变姿态，这样确保运动平台6可实 现平移运动；通过驱动两个运动滑块3，改变两个运动滑块3在固定平台1上的位置， 并通过支链的约束，使得运动平台6的位置发生变化。实施例l。本发明二自由度平移运动并联机构中，除了上述结构相同外，通过驱动 运动滑块3，使运动滑块3在固定平台1上的运动轴线重合的两导轨2上平移运动，通 过两条运动支链的约束，使得运动平台6可实现二自由度平移运动，如图l。实施例2。本发明二自由度平移运动并联机构中，除了上述结构相同外，两导轨2的运动轴线相互平行，因此运动滑块3的运动方向是相互平行，如图2。实施例3。本发明二自由度平移运动并联机构中，除了上述结构相同外，与运动滑 块3连接的第一、第二、第三虎克铰41a、 42a、 43a的中心组成一个三角形，与运动平 台6连接的第一、第二、第三虎克铰41b、 42b、 43b的中心组成一个三角形，所述的两 个三角形与两导轨2的运动轴线相互平行或不平行，如图3。如通过对虎克铰的组成的 平面与导轨轴线方向不平行布置，约束子支链的运动范围能更大一些，使得运动平台不 会因虎克铰的运动干涉而縮小运动范围。
权利要求
1、一种二自由度平移运动并联机构，其特征在于两个导轨[2]设置在固定平台[1]上，该固定平台[1]与作两自由度平移运动的运动平台[6]通过两条运动支链连接，每条运动支链包括运动滑块[3]以及连接该运动滑块[3]和固定平台[1]的三个子约束支链，该三个子约束支链分别由与运动滑块[3]连接的虎克铰[41a、42a、43a]、连杆[51、52、53]和与运动平台[6]连接的虎克铰[41b、42b、43b]组成，该三个子约束支链分布在导轨[2]轴线的两侧，其中有两个子约束支链在导轨[2]轴线一侧设置，另一个子约束支链设置在导轨[2]轴线的另一侧；该三个子约束支链的三个连杆[51、52、53]长度相等，每个子约束支链与运动滑块[3]相连的虎克铰[41a、42a、43a]的转动副轴线分别与运动平台[6]相连的虎克铰[41b、42b、43b]的转动副轴线相互平行，与连杆[51、52、53]相连的虎克铰[41a、42a、43a、41b、42b、43b]的转动副轴线相互平行；与运动滑块[3]连接的第一虎克铰[41a]的中心与第三虎克铰[43a]中心的距离等于与运动平台[6]连接的第一虎克铰[41b]中心与第三虎克铰[43b]中心的距离；与运动滑块[3]连接的第一、第二、第三虎克铰[41a、42a、43a]的中心组成一个三角形，与运动平台[6]连接的第一、第二、第三虎克铰[41b、42b、43b]的中心组成一个三角形，所述的两个三角形相互平行但不全等。
2、 根据权利要求l所述的二自由度平移运动并联机构，其特征在于通过驱动运 动滑块[3]，使运动滑块[3]在固定平台[1]上的运动轴线重合的两导轨[2]上平移运动，通 过两条运动支链的约束，使得运动平台[6]实现二自由度平移运动。
3、 根据权利要求1所述的二自由度平移运动并联机构，其特征在于两导轨[2] 的运动轴线相互平行。
4、 根据权利要求l、 2或3所述的二自由度平移运动并联机构，其特征在于与运 动滑块[3]连接的第一、第二、第三虎克铰[41a、 42a、 43a]的中心组成一个三角形，与运 动平台[6]连接的第一、第二、第三虎克铰[41b、 42b、 43b]的中心组成一个三角形，所 述的两个三角形与两导轨[2]的运动轴线相互平行或不平行。
5、 根据权利要求l、 2或3所述的二自由度平移运动并联机构，其特征在于 一条 运动支链的三个子约束支链中的杆件与另一条运动支链的三个子约束支链中的杆件长 度相同或不相同。
全文摘要
本发明公开了一种二自由度平移运动并联机构。该并联机器人机构的固定平台与作两自由度平移运动的运动平台通过两条运动支链连接，形成封闭结构；每条运动支链包括运动滑块以及连接该运动滑块和运动平台的三个子约束支链组成，每个子约束支链分别由虎克铰、连杆和虎克铰串接而成，并且都并接在运动滑块和运动平台之间，然后再与运动滑块串接形成一条运动支链。本发明的二自由度平移运动并联机构采用虎克铰的运动约束来实现，形成空间约束，连杆不再受弯矩作用，改善了机构的受力状况，提高了机构的刚度。
文档编号B25J9/16GK101224578SQ200810018948
公开日2008年7月23日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者丁武学, 宇 孙, 彭斌彬, 黄晓华 申请人:南京理工大学