专利名称：两自由度空间转动并联机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种属于机器人的并联机构，更特别地说，是指一种两自由度空间转 动并联机构。
背景技术：
并联机构具有刚度大、负荷自重比高等传统的串联机构所没有的优点，近年来成 为了国际上机构学研究的热点。两自由度并联机构由于结构简单、工作空间大、设计与控制 简单的优势，常常被用于带负载的空间指向，其负载可以是摄像器材，激光，雷达天线等等。
发明内容
本发明的目的是提供一种两自由度空间转动并联机构，该机构采用具有虚拟转动 中心的平行四杆机构为驱动并增加一条运动支链，不仅增大了机构的可操作空间，而且极 大的提高了机构的刚度。三条支链的转动副轴线和动平台的中心线相交于虚拟转动中心0。本发明的一种两自由度空间转动并联机构，该并联机构包括有A主动支链(1)、B 主动支链O)、被动支链⑶和动平台组件G)。A主动支链⑴的D连杆(104)连接在动 平台组件的B滚珠轴承和D滚珠轴承上，B主动支链O)的H连杆(204)连接在动平 台组件(4)的A滚珠轴承和E滚珠轴承上，被动支链3的L连杆(304)连接在动平台组件的A滚珠轴承上。本发明两自由度空间转动并联机构的优点①采用两条主动支链带动一个被动支链，提高了并联机构的刚度。②三个支链(A主动支链、B主动支链和被动支链)均采用一个平行四连杆机构、 一个虎克铰和一个末端连杆的设计思想，使得整个并联机构具有机构紧凑、刚度高、制造成 本低、运动学解简单易于控制。③并联机构的虚拟转动中心0设置在以虎克铰转动轴线和以动平台的中心线上， 保证了并联机构在运动时的转动精度。④本发明的并联机构能够适用于并联机器人，并联机床，医疗器材和指向机构等 场合。更佳广泛适用于执行器末端平台以及医疗器械、模拟器、机器人关节等。
图1是本发明两自由度空间转动并联机构的结构图。图IA是本发明动平台与三个支链的连杆的连接图。图IB是本发明两自由度空间转动并联机构绕虚拟转动中心点0运动的简示图。图2是本发明A主动支链的结构图。图2A是本发明A主动支链的分解图。图2B是本发明B主动支链的结构图。图2C是本发明B主动支链的分解图。[ool7] 图3是本发明被动支链的结构图。[ool8] 图3A是本发明被动支链的分解图。[ool9] 图4是本发明动平台的结构图。
图4A是本发明动平台的分解图。
图中L A主动支链101．A连杆101A．第一通孔 10113．第二通孔
101C．第三通孔 102．B连杆1027,．第四通孔 10213．第五通孔 102(i第六通孔
103．C连杆103L第七通孔 10313．第八通孔 103C第九通孔 103D．第十通孔
104．D连杆1ERA．第十一通孔104B．第十j垂孔104(i第十三通孔100．第十四通孔
105．A基座105A．第十五通孔10513．第一卜六通孔106．B基座106A．第十七通孔
106B．第十八通孔107．A销轴108．B销轴109．C销轴110．A连接轴
111．A十字轴112．A伺服电机 113．A联轴器2．B主动支链201．E连杆
2013,．第十九通孔20113．第二十通孔201C第二十一通孔202．F连杆
202A．第二十二通孔202]3．第二十三通孔202C．第二十四通孔
203．G连杆203A．第二十五通孔203]3．第二十六通孔
203C．第二十七通孔203D．第二十八通孔204．H连杆
204A．第二十九通孔204]3．第三十通孔204C．第三十一通孔
204D．第三十二通孔205．C基座205A．第三十三通孔
205]3．第三十四通孔206．D基座206A．第三十五通孔
206]3．第三十六通孔207．E销轴208．F销轴
209．G销轴2lo．B连接轴211．B十字轴
212．B伺服电机213．B联轴器3．被动支链
301．工连杆30lA．第三十七通孔30lB．第三十八通孔
30 1C．第三十九通孔302．丁连杆302A．第四十通孔
302]3．第四十一通孔302C．第四十二通孔303．K连杆
303A．第四十三通孔303]3．第四十四通孔303C．第四十五通孔
303D．第四十六通孔304．L连杆304A．第四十七通孔
304]3．第四十八通孔304C．第四十九通孔305．E基座
305A．第五十一通孔305]3．第五十二通孔306．F基座
306A．第五十三通孔306]3．第五十四通孔307．工销轴
308．丁销轴309．K销轴310．L销轴311．C十字轴4．动平台组件
401．A滚珠轴承 402．B滚珠轴承 403．C滚珠轴承 404．D滚珠轴承 405．E滚珠轴承
41 1．A滑动轴承 412．B滑动轴承 413．C滑动轴承 414．D滑动轴承 415．E滑动轴承
416．F滑动轴承 421．动平台422．端盖423．锁紧螺母具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图l所示，本发明的一种属于机器人的两自由度空间转动并联机构，该并联机构包括有A主动支链l、B主动支链2、被动支链3和动平台组件4。本发明并联机构采用铜材料加工，故在十字轴的连接处可以套接滚珠轴承、也可以不套接滚珠轴承。采用十字轴连接两个连杆其目的是了实现虎克铰功能。连杆之间采用销轴进行连接也不需要轴承。本发明的并联机构是以平行四杆机构、虎克铰和连接杆的组合方式，这样能够为 并联机构提供更高的刚度和更大的操作空间。参见图1、图1A、图IB所示，本发明的一种属于机器人的两自由度空间转动并联机 构的虚拟转动中心点0是AB转动副轴线、CD转动副轴线、EF转动副轴线、GH动平台中心线 之间的交点。该并联机构采用具有虚拟转动中心的平行四杆机构为驱动并增加一条运动支 链(末端连杆)，不仅增大了并联机构的可操作空间，而且极大的提高了机构的刚度。AB转动副轴线是指A主动支链1上的虎克铰中的转动副轴线。⑶转动副轴线是指B主动支链2上的虎克铰中的转动副轴线。EF转动副轴线是指被动支链3上的虎克铰中的转动副轴线。GH动平台中心线是指动平台组件4中动平台421的中心线。(一)A主动支链1参见图1、图2、图2A所示，A主动支链1包括有A连杆101、B连杆102、C连杆103、 D连杆104、A基座105、B基座106、A销轴107、B销轴108、C销轴109、A连接轴110、A十 字轴111、A伺服电机112和A联轴器113 ；其中，A连杆101和B连杆102的结构相同；A销 轴107、B销轴108和C销轴109的结构相同；A基座105和B基座106的结构相同。A连杆101为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部各设有一个通 孔，即第一通孔IOlA和第二通孔101B，该第一通孔IOlA和第二通孔IOlB用于A销轴107 通过；A连杆101的另一端设有一个通孔，即第三通孔101C，该第三通孔IOlC用于A连接轴 110通过；A连杆101的叉形端通过A销轴107与C连杆103的另一端连接，A连杆101的 另一端通过A连接轴110与A基座105连接。B连杆102为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部各设有一个通 孔，即第四通孔102A和第五通孔102B，该第四通孔102A和第五通孔102B用于B销轴108 通过；B连杆102的另一端设有一个通孔，即第六通孔102C，该第六通孔102C用于C销轴 109通过；B连杆102的叉形端通过B销轴108与C连杆103的摆转副支点处连接，B连杆 102的另一端通过C销轴109与B基座106连接。C连杆103为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部各设有一个通 孔，即第七通孔103A和第八通孔103B，该第七通孔103A和第八通孔10 用于A十字轴 111中的横向轴向轴通过；C连杆103的另一端设有一个通孔，即第九通孔103C，该第九通 孔103C用于A销轴107通过；C连杆103的叉形端通过A十字轴111中的横向轴向轴与D 连杆104的一端连接，C连杆103的另一端通过A销轴107与A连杆101的叉形端连接。C 连杆103的摆转副支点处设有一通孔，即第十通孔103D，该第十通孔103D用于B销轴108 通过，通过B销轴108实现B连杆102的叉形端与C连杆103的摆转副支点处连接。D连杆104为双叉形结构，D连杆104的大叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部 各设有一个通孔，即第十一通孔104A和第十二通孔104B，该第i^一通孔104A和第十二通 孔104B用于A十字轴111中的纵向轴向轴通过；D连杆104的小叉形端设有两个支臂，两 个支臂的端部各设有一个通孔，即第十三通孔104C和第十四通孔104D，该第十三通孔104C 和第十四通孔104D套接在动平台组件4的动平台421上。A基座105为U形结构，A基座105的两个支撑臂上分别设有通孔，即第十五通孔105A和第十六通孔105B，该第十五通孔105A和第十六通孔105B用于A连接轴110通过， A基座105的两个支撑臂通过A连接轴110实现与A连杆101的另一端连接。B基座106为U形结构，B基座106的两个支撑臂上分别设有通孔，即第十七通孔 106A和第十八通孔106B，该第十七通孔106A和第十八通孔106B用于C销轴109通过，B基 座106的两个支撑臂通过C销轴109实现与B连杆102的另一端连接。A伺服电机112的输出轴连接在A联轴器113的一端，A联轴器113的另一端连 接在A连接轴110的一端上，A连接轴110的另一端顺次穿过第十五通孔105A、第三通孔 101C、第十六通孔105B后连接一螺母。在本发明中，A主动支链1中的A连杆101、B连杆102的结构相同，且A连杆101、 B连杆102和C连杆103的连接关系构成一个平行四杆机构(也称为A平行四杆机构)；C 连杆103与D连杆104之间采用十字轴套接滚珠轴承的连接构成虎克铰运动方式(也称为 A虎克铰)。(二)B主动支链2参见图1、图2B、图2C所示，B主动支链2包括有E连杆201、F连杆202、G连杆 203、H连杆204、C基座205、D基座206、E销轴207、F销轴208、G销轴209、B连接轴210、 B十字轴211、B伺服电机212和B联轴器213 ；其中，E连杆201和F连杆202的结构相同； E销轴207、F销轴208和G销轴209的结构相同；C基座205和D基座206的结构相同。B连杆201为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部各设有一个通 孔，即第十九通孔201A和第二十通孔201B，该第十九通孔201A和第二十通孔201B用于E 销轴207通过；B连杆201的另一端设有一个通孔，即第二十一通孔201C，该第二十一通孔 201C用于B连接轴210通过；B连杆201的叉形端通过E销轴207与G连杆203的另一端 连接，E连杆201的另一端通过B连接轴210与C基座205连接。F连杆202为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部各设有一个通 孔，即第二十二通孔202A和第五通孔102B，该第四通孔102A和第五通孔102B用于F销轴 208通过；F连杆202的另一端设有一个通孔，即第二十四通孔202C，该第二十四通孔202C 用于G销轴209通过；F连杆202的叉形端通过F销轴208与G连杆203的摆转副支点处 连接，F连杆202的另一端通过G销轴209与D基座206连接。G连杆203为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部各设有一个通 孔，即第二十五通孔203A和第二十六通孔2(X3B，该第二十五通孔203A和第二十六通孔 2(X3B用于B十字轴211中的横向轴向轴通过；G连杆203的另一端设有一个通孔，即第 二十七通孔203C，该第二十七通孔203C用于E销轴207通过；G连杆203的叉形端通过B十 字轴211中的横向轴向轴与H连杆204的一端连接，G连杆203的另一端通过E销轴207与 E连杆201的叉形端连接。G连杆203的摆转副支点处设有一通孔，即第二十八通孔203D， 该第二十八通孔203D用于F销轴208通过，通过F销轴208实现F连杆202的叉形端与G 连杆203的摆转副支点处连接。H连杆204为双叉形结构，H连杆204的大叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部 各设有一个通孔，即第二十九通孔204A和第三十通孔204B，该第二十九通孔204A和第三十 通孔204B用于B十字轴211中的纵向轴向轴通过；H连杆204的小叉形端设有两个支臂， 两个支臂的端部各设有一个通孔，即第三十一通孔204C和第三十二通孔204D，该第三十一通孔204C和第三十二通孔204D套接在动平台组件4的动平台421上。C基座205为U形结构，C基座205的两个支撑臂上分别设有通孔，即第三十三通 孔205A和第三十四通孔205B，该第三十三通孔205A和第三十四通孔205B用于B连接轴 210通过，C基座205的两个支撑臂通过B连接轴210实现与E连杆201的另一端连接。D基座206为U形结构，D基座206的两个支撑臂上分别设有通孔，即第三十五通 孔206A和第三十六通孔206B，该第三十五通孔206A和第三十六通孔206B用于G销轴209 通过，D基座206的两个支撑臂通过G销轴209实现与F连杆202的另一端连接。B伺服电机212的输出轴连接在B联轴器213的一端，B联轴器213的另一端连接 在B连接轴210的一端上，B连接轴210的另一端顺次穿过第三十三通孔205A、第二十一通 孔201C、第三十四通孔205B后连接一螺母。在本发明中，B主动支链2中的E连杆201、F连杆202的结构相同，且E连杆201、 F连杆202和G连杆203的连接关系构成一个平行四杆机构(也称为B平行四杆机构)；G 连杆203与H连杆204之间采用十字轴套接滚珠轴承的连接构成虎克铰运动方式(也称为 B虎克铰)。(三)被动支链3参见图1、图3、图3A所示，被动支链3包括有I连杆301、J连杆302、K连杆303、 L连杆304、E基座305、F基座306、I销轴307、J销轴308、K销轴309、L连接轴310、C十 字轴311 ；其中，I连杆301和J连杆302的结构相同；I销轴307、J销轴308和K销轴309 的结构相同；E基座305和F基座306的结构相同。I连杆301为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部各设有一个通 孔，即第三十七通孔301A和第三十八通孔301B，该第三十七通孔301A和第三十八通孔 301B用于I销轴307通过；I连杆301的另一端设有一个通孔，即第三十九通孔301C，该第 三十九通孔30IC用于L连接轴310通过；I连杆301的叉形端通过I销轴307与K连杆303 的另一端连接，I连杆301的另一端通过L连接轴310与E基座305连接。J连杆302为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部各设有一个通 孔，即第四十通孔302A和第四十一通孔302B，该第四十通孔302A和第四十一通孔302B用 于J销轴308通过J连杆302的另一端设有一个通孔，即第四十二通孔302C，该第四十二 通孔302C用于K销轴309通过J连杆302的叉形端通过J销轴308与K连杆303的摆转 副支点处连接，J连杆302的另一端通过K销轴309与F基座306连接。K连杆303为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部各设有一个通 孔，即第四十二通孔303A和第四十四通孔3(X3B，该第四十二通孔303A和第四十四通孔 3(X3B用于C十字轴311中的横向轴向轴通过；K连杆303的另一端设有一个通孔，即第 四十五通孔303C，该第四十五通孔303C用于I销轴307通过；K连杆303的叉形端通过C十 字轴311中的横向轴向轴与L连杆304的一端连接，K连杆303的另一端通过I销轴307与 I连杆301的叉形端连接。K连杆303的摆转副支点处设有一通孔，即第四十六通孔303D， 该第四十六通孔303D用于J销轴308通过，通过J销轴308实现J连杆302的叉形端与K 连杆303的摆转副支点处连接。L连杆304为双叉形结构，L连杆304的大叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部 各设有一个通孔，即第四十七通孔304A和第四十八通孔304B，该第四十七通孔304A和第四十八通孔304B用于C十字轴311中的纵向轴向轴通过；L连杆304的小叉形端设有两 个支臂，两个支臂的端部各设有一个通孔，即第四十九通孔304C和第五十通孔304D，该第 四十九通孔304C和第五十通孔304D套接在动平台组件4的动平台421上。E基座305为U形结构，E基座305的两个支撑臂上分别设有通孔，即第五十一通 孔305A和第五十二通孔305B，该第五i^一通孔305A和第五十二通孔305B用于L连接轴 310通过，E基座305的两个支撑臂通过L连接轴310实现与I连杆301的另一端连接。F基座306为U形结构，F基座306的两个支撑臂上分别设有通孔，即第五十三通 孔306A和第五十四通孔306B，该第五十三通孔306A和第五十四通孔306B用于K销轴309 通过，F基座306的两个支撑臂通过K销轴309实现与J连杆302的另一端连接。在本发明中，被动支链3中的I连杆301、J连杆302的结构相同，且I连杆301、J 连杆302和K连杆303的连接关系构成一个平行四杆机构(也称为C平行四杆机构)；G连 杆303与L连杆304之间采用十字轴套接滚珠轴承的连接构成虎克铰运动方式(也称为C 虎克铰)。在本发明中，A主动支链1、B主动支链2和被动支链3中的A连杆101、B连杆102、 E连杆201、F连杆202、I连杆301、J连杆302的结构是相同的；A基座105、B基座106、C 基座205、D基座206、E基座305、F基座306的结构是相同的。采用相同结构的连杆和基 座设计，有利于三个平行四杆机构(即A平行四杆机构、B平行四杆机构、C平行四杆机构) 在运动时的同步协调以及支链的平稳。(四)动平台组件4参见图4、图4A所示，动平台组件4包括有动平台421、端盖422、锁紧螺母423、五 个滚珠轴承(A滚珠轴承401、B滚珠轴承402、C滚珠轴承403、D滚珠轴承404、E滚珠轴承 405)和六个滑动轴承(A滑动轴承411、B滑动轴承412、C滑动轴承413、D滑动轴承414、E 滑动轴承415、F滑动轴承416)。动平台组件4中的六个滑动轴承与五个滚珠轴承相间分布套接在动平台421的圆 柱421A上，然后在圆柱421A的端部套接上端盖422，并用锁紧螺母423锁紧。在本发明中， 采用滑动轴承与滚珠轴承相间公布，解决了在两个主动支链带动被动支链绕虚拟转动中心 点0运动时，处于末端的连杆的相互干涉。参见图IA所示，动平台组件4与A主动支链组件1、B主动支链组件2和被动支链 组件3的连接为C滚珠轴承403的外圈套接在被动支链3的L连杆304 —端的第四十九通孔304C 内；B滚珠轴承402的外圈套接在A主动支链1的D连杆104 —端的第十三通孔104C 内；D滚珠轴承404的外圈套接在A主动支链1的D连杆104 —端的第十四通孔104D 内；A滚珠轴承401的外圈套接在B主动支链2的H连杆204 —端的第三i^一通孔 204C 内；E滚珠轴承405的外圈套接在B主动支链2的H连杆204 —端的第三十二通孔 204D 内。
在本发明中，动平台组件4通过五个滚珠轴承分别套接在A主动支链1、B主动支 链2和被动支链3的末端连杆(D连杆104、H连杆204、L连杆304)的通孔(第十三通孔 104C、第十四通孔104D、第三i^一通孔204C、第三十二通孔204D、第四十九通孔304C)内，在 两个伺服电机(A伺服电机112、B伺服电机212)的驱动下，实现两个主动支链(A主动支链 1和B主动支链2)为驱动，被动支链3为跟随运动的并联机构。在本发明中，A主动支链1和B主动支链2中的平行四杆机构具有一个转动自由 度，其动力可以采用伺服电机，为了达到相同目的，还可以采用舵机驱动的形式。本发明并联机构的运动方式在A主动支链1中，A伺服电机112驱动A连杆IOlA 绕A销轴107转动，继而带动C连杆103运动，从而实现A平行四杆机构运动；A平行四杆 机构的运动致使连接在A平行四杆机构末端的D连杆104将力传递给动力平台421 ；B主动 支链2的运动与A主动支链1相同，即在B主动支链2中，B伺服电机212驱动E连杆201 绕E销轴207转动，继而带动G连杆203运动，从而实现B平行四杆机构运动；B平行四杆 机构的运动致使连接在B平行四杆机构末端的H连杆204将力传递给动力平台421 ；A主动 支链1与B主动支链2的同步运动带动了被动支链3作随动，在A主动支链1、B主动支链 2和被动支链3的协作下，使得并联机构绕虚拟转动中心0作球面运动。A平行四杆机构、 B平行四杆机构和C平行四杆机构在三个虎克铰(A平行四杆机构以A虎克铰，B平行四杆 机构以B虎克铰，C平行四杆机构以C虎克铰)约束D连杆104、H连杆204、L连杆304运 动，使三个末端(D连杆104、H连杆204、L连杆304)实现以虚拟中心0为球心的球面运动。 两条主动支链的运动原理相同，即可确定动平台4的运动性质，即以虚拟中心0为球心的两 自由度球面转动。被动支链的运动原理与主动支链相同，支链末端可以在以虚拟中心0为 球心的球面上自由运动，与主动支链的不同点在被动支链无驱动电机，其主要作用是增加 机构的刚度。
权利要求
1. 一种两自由度空间转动并联机构，其特征在于该并联机构包括有A主动支链(1)、 B主动支链O)、被动支链C3)和动平台组件；A主动支链(1)包括有A连杆(101)、B连杆(102)、C连杆(103)、D连杆(104)、A基座 (105)、B基座(106)、A销轴(107)、B销轴(108)、C销轴(109)、A连接轴(110)、A十字轴 (111)、A伺服电机(112)和A联轴器(113)；其中，A连杆(101)和B连杆(102)的结构相 同；A销轴(107)、B销轴(108)和C销轴(109)的结构相同；A基座(105)和B基座(106) 的结构相同；A连杆(101)为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第一通孔 (101A)和第二通孔(101B)，该第一通孔(101A)和第二通孔(101B)用于A销轴(107)通过； A连杆(101)的另一端设有第三通孔(101C)，该第三通孔(101C)用于A连接轴(110)通过； A连杆(101)的叉形端通过A销轴(107)与C连杆(103)的另一端连接，A连杆(101)的另 一端通过A连接轴(110)与A基座(105)连接；B连杆(102)为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第四通孔 (102A)和第五通孔(102B)，该第四通孔(102A)和第五通孔(102B)用于B销轴(108)通 过；B连杆(102)的另一端设有第六通孔(102C)，该第六通孔(102C)用于C销轴(109)通 过；B连杆(10 的叉形端通过B销轴(108)与C连杆(10 的摆转副支点处连接，B连杆 (102)的另一端通过C销轴(109)与B基座(106)连接；C连杆(103)为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第七通孔 (103A)和第八通孔(I(XBB)，该第七通孔(103A)和第八通孔(103B)用于A十字轴(111)中 的横向轴向轴通过；C连杆(10 的另一端设有第九通孔(103C)，该第九通孔(103C)用于 A销轴(107)通过；C连杆(103)的叉形端通过A十字轴(111)中的横向轴向轴与D连杆 (104)的一端连接，C连杆(103)的另一端通过A销轴(107)与A连杆(101)的叉形端连接； C连杆(103)的摆转副支点处设有第十通孔(103D)，该第十通孔(103D)用于B销轴(108) 通过，通过B销轴(108)实现B连杆(102)的叉形端与C连杆(103)的摆转副支点处连接； D连杆(104)为双叉形结构，D连杆(104)的大叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部 设有第十一通孔(104A)和第十二通孔(104B)，该第十一通孔(104A)和第十二通孔(104B) 用于A十字轴(111)中的纵向轴向轴通过；D连杆(104)的小叉形端设有两个支臂，两个支 臂的端部设有第十三通孔(104C)和第十四通孔(104D)，该第十三通孔(104C)和第十四通 孔(104D)套接在动平台组件的动平台G21)上；A基座(105)为U形结构，A基座(105)的两个支撑臂上设有第十五通孔(105A)和第 十六通孔(105B)，该第十五通孔(105A)和第十六通孔(105B)用于A连接轴(110)通过，A 基座(105)的两个支撑臂通过A连接轴(110)实现与A连杆(101)的另一端连接；B基座(106)为U形结构，B基座(106)的两个支撑臂上设有第十七通孔(106A)和第 十八通孔(106B)，该第十七通孔(106A)和第十八通孔(106B)用于C销轴(109)通过，B基 座(106)的两个支撑臂通过C销轴(109)实现与B连杆(102)的另一端连接；A伺服电机(112)的输出轴连接在A联轴器(113)的一端，A联轴器(113)的另一端连 接在A连接轴(110)的一端上，A连接轴(110)的另一端顺次穿过第十五通孔(105A)、第三 通孔(101C)、第十六通孔(105B)后连接一螺母；B主动支链(2)包括有E连杆(201)、F连杆(202)、G连杆(203)、H连杆(204)、C基座(205)、D基座(206)、E销轴(207)、F销轴(208)、G销轴(209)、B连接轴(210)、B十字轴 (211)、B伺服电机012)和B联轴器013)；其中，E连杆(201)和F连杆Q02)的结构相 同；E销轴(207)、F销轴(208)和G销轴(209)的结构相同；C基座(205)和D基座(206) 的结构相同；B连杆O01)为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第十九通孔 (201A)和第二十通孔(201B)，该第十九通孔QO1A)和第二十通孔QO1B)用于E销轴(207) 通过；B连杆O01)的另一端设有第二十一通孔(201C)，该第二十一通孔Q01C)用于B连 接轴(210)通过；B连杆O01)的叉形端通过E销轴(207)与G连杆Q03)的另一端连接， E连杆O01)的另一端通过B连接轴O10)与C基座(205)连接；F连杆(202)为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第二十二通孔 (202A)和第五通孔(102B)，该第四通孔(102A)和第五通孔(102B)用于F销轴(208)通 过；F连杆Q02)的另一端设有第二十四通孔(202C)，该第二十四通孔Q02C)用于G销轴 (209)通过；F连杆Q02)的叉形端通过F销轴(208)与G连杆Q03)的摆转副支点处连 接，F连杆Q02)的另一端通过G销轴(209)与D基座(206)连接；G连杆(203)为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第二十五通孔 (203A)和第二十六通孔(20 )，该第二十五通孔Q03A)和第二十六通孔Q03B)用于B十 字轴011)中的横向轴向轴通过；G连杆Q03)的另一端设有第二十七通孔(203C)，该第 二十七通孔O03C)用于E销轴(207)通过；G连杆Q03)的叉形端通过B十字轴Qll)中 的横向轴向轴与H连杆Q04)的一端连接，G连杆Q03)的另一端通过E销轴Q07)与E 连杆O01)的叉形端连接；G连杆Q03)的摆转副支点处设有第二十八通孔(203D)，该第 二十八通孔O03D)用于F销轴(208)通过，通过F销轴(208)实现F连杆(202)的叉形端 与G连杆Q03)的摆转副支点处连接；H连杆(204)为双叉形结构，H连杆Q04)的大叉形端设有两个支臂，两个支臂的端 部设有第二十九通孔(204A)和第三十通孔(204B)，该第二十九通孔(204A)和第三十通 孔O04B)用于B十字轴011)中的纵向轴向轴通过；H连杆Q04)的小叉形端设有两个 支臂，两个支臂的端部设有第三十一通孔O04C)和第三十二通孔(204D)，该第三十一通孔 (204C)和第三十二通孔Q04D)套接在动平台组件的动平台G21)上；C基座(205)为U形结构，C基座(205)的两个支撑臂上设有第三十三通孔O05A)和 第三十四通孔(205B)，该第三十三通孔Q05A)和第三十四通孔O05B)用于B连接轴(210) 通过，C基座Q05)的两个支撑臂通过B连接轴(210)实现与E连杆O01)的另一端连接； D基座Q06)为U形结构，D基座Q06)的两个支撑臂上设有第三十五通孔O06A)和 第三十六通孔(206B)，该第三十五通孔Q06A)和第三十六通孔Q06B)用于G销轴(209) 通过，D基座Q06)的两个支撑臂通过G销轴(209)实现与F连杆Q02)的另一端连接；B伺服电机012)的输出轴连接在B联轴器013)的一端，B联轴器013)的另一端连 接在B连接轴O10)的一端上，B连接轴O10)的另一端顺次穿过第三十三通孔(205A)、第 二十一通孔(201C)、第三十四通孔Q05B)后连接一螺母；被动支链( 包括有I连杆(301)、J连杆(30 、K连杆(30 、L连杆(304)、E基座 (305)、F基座(306)、I销轴(307)、J销轴(308)、K销轴(309)、L连接轴(310)、C十字轴 (311)；其中，I连杆(301)和J连杆(302)的结构相同；I销轴(307)、J销轴(308)和K销轴(309)的结构相同；E基座(305)和F基座(306)的结构相同；I连杆(301)为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第三十七通孔 (301A)和第三十八通孔(301B)，该第三十七通孔(301A)和第三十八通孔(301B)用于I销 轴(307)通过；I连杆(301)的另一端设有第三十九通孔(301C)，该第三十九通孔(301C) 用于L连接轴(310)通过；I连杆(301)的叉形端通过I销轴(307)与K连杆(303)的另 一端连接，I连杆(301)的另一端通过L连接轴(310)与E基座(30 连接；J连杆(302)为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第四十通孔 (302A)和第四十一通孔(302B)，该第四十通孔(302A)和第四十一通孔(302B)用于J销轴 (308)通过J连杆(302)的另一端设有第四十二通孔(302C)，该第四十二通孔(302C)用 于K销轴(309)通过J连杆(302)的叉形端通过J销轴(308)与K连杆(303)的摆转副 支点处连接，J连杆(302)的另一端通过K销轴(309)与F基座(306)连接；K连杆(303)为叉形结构，且叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部设有第四十二通孔 (303A)和第四十四通孔(3(X3B)，该第四十二通孔(303A)和第四十四通孔(303B)用于C十 字轴(311)中的横向轴向轴通过；K连杆(303)的另一端设有第四十五通孔(303C)，该第 四十五通孔(303C)用于I销轴(307)通过；K连杆(303)的叉形端通过C十字轴(311)中 的横向轴向轴与L连杆(304)的一端连接，K连杆(303)的另一端通过I销轴(307)与I 连杆(301)的叉形端连接；K连杆(303)的摆转副支点处设有第四十六通孔(303D)，该第 四十六通孔(303D)用于J销轴(308)通过，通过J销轴(308)实现J连杆(302)的叉形端 与K连杆(303)的摆转副支点处连接；L连杆(304)为双叉形结构，L连杆(304)的大叉形端设有两个支臂，两个支臂的端部 设有第四十七通孔(304A)和第四十八通孔(304B)，该第四十七通孔(304A)和第四十八 通孔(304B)用于C十字轴(311)中的纵向轴向轴通过；L连杆(304)的小叉形端设有两 个支臂，两个支臂的端部设有第四十九通孔(304C)和第五十通孔(304D)，该第四十九通孔 (304C)和第五十通孔(304D)套接在动平台组件(4)的动平台(421)上；E基座(305)为U形结构，E基座(305)的两个支撑臂上设有第五十一通孔(305A)和 第五十二通孔(305B)，该第五i^一通孔(305A)和第五十二通孔(305B)用于L连接轴(310) 通过，E基座(305)的两个支撑臂通过L连接轴(310)实现与I连杆(301)的另一端连接； F基座(306)为U形结构，F基座(306)的两个支撑臂上设有第五十三通孔(306A)和 第五十四通孔(306B)，该第五十三通孔(306A)和第五十四通孔(306B)用于K销轴(309) 通过，F基座(306)的两个支撑臂通过K销轴(309)实现与J连杆(302)的另一端连接；动平台组件(4)包括有动平台(421)、端盖(42 、锁紧螺母(42 4滚珠轴承(401)、B 滚珠轴承(402)、C滚珠轴承(403)、D滚珠轴承(404)、E滚珠轴承(405)、A滑动轴承(411)、 B滑动轴承(412)、C滑动轴承(413)、D滑动轴承(414)、E滑动轴承015)和F滑动轴承 (416)；动平台组件(4)中的六个滑动轴承与五个滚珠轴承相间分布套接在动平台G21)的圆 柱G21A)上，然后在圆柱G21A)的端部套接上端盖022)，并用锁紧螺母(42 锁紧；动平台组件(4)与A主动支链组件(1)、B主动支链组件( 和被动支链组件C3)的连 接为C滚珠轴承003)的外圈套接在被动支链(3)的L连杆(304) —端的第四十九通孔(304C)内；B滚珠轴承(402)的外圈套接在A主动支链(1)的D连杆(104) —端的第十三通孔 104C 内；D滚珠轴承G04)的外圈套接在A主动支链(1)的D连杆(104) —端的第十四通孔 (104D)内；A滚珠轴承001)的外圈套接在B主动支链O)的H连杆(204) —端的第三十一通孔 (204C)内；E滚珠轴承(405)的外圈套接在B主动支链⑵的H连杆(204) —端的第三十二通孔 (204D)内；动平台组件(4)通过五个滚珠轴承分别套接在A主动支链(1)、B主动支链( 和被动 支链(3)的末端连杆，即D连杆(104)、H连杆(204)和L连杆(304)的第十三通孔(104C)、 第十四通孔(104D)、第三十一通孔Q04C)、第三十二通孔Q04D)、第四十九通孔(304C)内， 在A伺服电机(112)、B伺服电机012)的驱动下，实现A主动支链⑴和B主动支链⑵ 为驱动，被动支链(3)为跟随运动的并联机构。
2.根据权利要求1所述的两自由度空间转动并联机构，其特征在于A连杆(101)、B 连杆(102)、C连杆(103)、E连杆(201)、F连杆(202)、G连杆(203)、I连杆(301)、J连杆 (302)和K连杆(303)的结构相同；故A连杆(101)、B连杆(102)和C连杆(103)的连接构成了 A平行四杆机构，E连杆 (201)、F连杆(202)和G连杆(203)的连接构成了 B平行四杆机构，I连杆(301)、J连杆 (302)和K连杆(303)的连接构成了 C平行四杆机构；故C连杆(103)与D连杆(104)之间采用A十字轴(111)的连接构成了 A虎克铰，G 连杆(203)与H连杆(204)之间采用B十字轴Qll)的连接构成了 B虎克铰，G连杆(303) 与L连杆(304)之间采用C十字轴(311)的连接构成了 C虎克铰。
3.根据权利要求1所述的两自由度空间转动并联机构，其特征在于该并联机构加工 材料为铜。
4.根据权利要求1所述的两自由度空间转动并联机构，其特征在于A十字轴(111)、B 十字轴(211)和C十字轴(311)上套接滚珠轴承。
5.根据权利要求1所述的两自由度空间转动并联机构，其特征在于A主动支链(1)和 B主动支链(2)具有一个转动自由度，其动力采用伺服电机或者舵机驱动的形式。
6.根据权利要求1所述的两自由度空间转动并联机构，其特征在于该并联机构的虚 拟转动中心点0是AB转动副轴线、CD转动副轴线、EF转动副轴线和GH动平台中心线之间 的交点。
全文摘要
本发明公开了一种两自由度空间转动并联机构，该并联机构包括有A主动支链(1)、B主动支链(2)、被动支链(3)和动平台组件(4)。A主动支链(1)的D连杆(104)连接在动平台组件(4)的B滚珠轴承和D滚珠轴承上，B主动支链(2)的H连杆(204)连接在动平台组件(4)的A滚珠轴承和E滚珠轴承上，被动支链3的L连杆(304)连接在动平台组件(4)的A滚珠轴承上。本发明并联机构采用具有虚拟转动中心的平行四杆机构为驱动并增加一条末端连杆，不仅增大了并联机构的可操作空间，而且极大的提高了机构的刚度。
文档编号B25J9/08GK102079090SQ201110031919
公开日2011年6月1日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者东昕, 于靖军, 宗光华, 李守忠 申请人:北京航空航天大学