一种三自由度平动并联机构的制作方法

本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种机器人的具有空间三维平动的并联机构。

背景技术：

根据专利CN101244557A和US4976572(或WO7703527)可知，现有的可实现三维平动的并联机构，包括三组主动支链和一个动平台，每组支链包括近架杆和远架杆两部分。其中近架杆一端相对于固定机架仅具有一个转动自由度，另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与远架杆的一端连接；远架杆另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与动平台连接，从而保证动平台的三维平动。上述机构的局限性在于：机构整体刚度较差，只适用于轻小物体的搬运。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明提供一种本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种高刚度、大工作空间的可模块化的三维平动并联机构。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种三自由度平动并联机构，包括固定架、动平台以及布置在所述固定架与动平台之间的三条支链，三条支链的结构相同；每条支链包括驱动电机、近架轴、两个远架轴、两个丝杠和连杆，所述近架轴设置在固定架上，所述近架轴上通过电机座固定有驱动电机，所述近架轴上通过回转副与两个远架轴连接，两个远架轴的轴线平行且与所述近架轴轴线垂直；所述驱动电机的输出端固接有小齿轮，两个远架轴上分别通过回转副连接有大齿轮和圆锥齿轮，所述小齿轮和两个大齿轮之间通过齿形带连接；所述连杆通过转动副与所述动平台连接；两个丝杠的上端通过螺旋副连接有两个分别与两个圆锥齿轮啮合的螺母圆锥齿轮；两个丝杠的下端通过转动副与所述连杆连接；两个丝杠的轴线平行，且两个丝杠的中心距等于两个螺母圆锥齿轮锥顶点之间的连线长度；在机构运动过程中，其中两条支链中的连杆始终平行于所述固定架，从而使所述动平台始终平行于所述固定架；通过控制三条支链中的三个驱动电机，使得所述动平台实现三维平动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明具有的优点和积极效果是：利用圆锥齿轮副的一个圆锥齿轮可以自转和公转的原理，实现丝杠在螺母圆锥齿轮中同步伸缩的同时可绕近架轴和远架轴摆动，从而实现了动平台的三维平动，支链只受拉压负荷，结构简单紧凑，增大了机构的刚度同时减轻了机构的总体质量。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明中远架轴安装示意图。

图中：1-动平台，2-连杆，3a～3b-丝杠，4-电机，5-小齿轮，6-电机座，7a～7b-大齿轮，8-齿形带，9a～9b-圆锥齿轮，10a～10b-螺母圆锥齿轮，11-近架轴，12a～12b-远架轴，13-固定架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，本发明提出的一种三自由度平动并联机构，包括固定架13、动平台1以及布置在所述固定架13与动平台1之间的三条支链，三条支链的结构相同。每条支链由驱动电机4、近架轴11、电机座6、小齿轮5、两个大齿轮7a和7b、齿形带8、两个圆锥齿轮9a和9b、两个螺母圆锥齿轮10a和10b、两个丝杠3a和3b、两个远架轴12a和12b和连杆2构成。

每条支链中，所述近架轴11设置在固定架13上，所述近架轴11上通过电机座6固定有驱动电机4，所述近架轴11上通过回转副与两个远架轴12a和12b连接，两个远架轴12a和12b的轴线平行且与所述近架轴11轴线垂直；所述驱动电机4的输出端固接有小齿轮5，两个远架轴12a和12b上分别通过回转副连接有大齿轮和圆锥齿轮，所述大齿轮与所述圆锥齿轮固接，且两个大齿轮7a及7b和小齿轮5之间通过齿形带8连接。所述连杆2通过转动副与所述动平台1连接，且该转动副的轴线与所述连杆2的轴线重合；两个丝杠3a和3b的上端通过螺旋副连接有两个分别与两个圆锥齿轮9a和9b啮合的螺母圆锥齿轮10a和10b；两个丝杠3a和3b的下端通过转动副与所述连杆2连接；两个丝杠3a和3b的轴线平行，且两个丝杠3a和3b的中心距等于两个螺母圆锥齿轮10a和10b锥顶点之间的连线长度。图2示出了一条丝杠3a与相关零件的位置和连接关系，即所述大齿轮7a及所述圆锥齿轮9a于远架轴12a上回转，所述螺母圆锥齿轮10a的轴线垂直于远架轴12a。

本发明中，每个支链中的两个丝杠3a和3b的一端通过螺旋副与所述螺母圆锥齿轮10a和10b连接，两个丝杠3a和3b的另一端也可以通过仅有两个回转自由度的铰链与所述动平台1连接，使得两个所述螺母锥齿轮10a和10b锥顶点的连线平行且等长于所述动平台1上两个所述仅有两个回转自由度的铰链中心连线。

本发明的运动过程是通过控制所述驱动电机4可带动所述小齿轮5转动，通过所述齿形带8的传递转动带动两个大齿轮7a和7b及两个圆锥齿轮9a和9b，两个圆锥齿轮9a和9b通过圆锥齿轮副传递转动于两个螺母圆锥齿轮10a和10b，使得两个丝杠3a和3b相对于两个螺母圆锥齿轮10a和10b移动。在机构运动过程中，其中两条支链中的连杆2始终平行于所述固定架13，从而使所述动平台1始终平行于所述固定架13；通过控制三条支链中的三个驱动电机4，使得所述动平台1实现三维平动。

本发明利用圆锥齿轮副啮合的特点，驱动螺母圆锥齿轮回转使丝杠直线移动的同时可以摆动，实现了动平台三维平动，且机构的构件少刚度高。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。