[发明专利]三、四自由度并联机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联机构，具体涉及一种三自由度并联机构和四自由度并联机构。

背景技术

并联机器人具有：无累积误差，精度较高；驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；结构紧凑，刚度高，承载能力大；完全对称的并联机构具有较好的各向同性；工作空间较小等特点，在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用，其出现在工业、医学、军事等多个领域。

并联机构受到运动副约束、支链干涉、奇异位形、位姿耦合等因素影响。Delta并联机构是一种3维纯移动机构，作为一种典型的三自由度并联机构，具有工作空间大、运动学逆解简单、定位精准度高等优点，在应用中具有重要地位。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：

1、现有三/四自由度并联机构运动副约束依然较多，并联结构的控制算法非常复杂，导致设备相应速度慢，动作完成时间较长。

2、现有三/四自由度并联机构结构复杂，设备成本高，设备的安装、调试工作量大。

3、现有三/四自由度并联机构的工作空间较小。

4、Delta并联机构通过电机连接主动臂、主动臂连接从动臂、从动臂带动动平台来实现一个动作，这种结构需要电机具备较大的输出功率。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种结构简单、操作控制容易的三自由度并联机构和四自由度并联机构。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，一方面，提供了一种三自由度并联机构，包括一动平台，还包括三根相互平行的支撑杆，所述三根支撑杆分别布置在一等边三角形的三个角上，每根支撑杆上安装有一升降块，每块升降块与动平台通过一组平行四边形机构连接；该平行四边形机构的长边为臂，平行四边形机构的短边与支撑杆的长度方向垂直，所述长边与短边通过球铰或虎克铰连接。

进一步地，所述平行四边形机构的短边其中一个边固定在升降块上，另一个边固定在动平台上。

进一步地，所述平行四边形机构的短边其中一个边为升降块的一个侧面，另一个边为动平台的一个侧面。

进一步地，所述升降块与支撑杆滑动配合。

优选地，所述升降块套设在支撑杆上。

优选地，所述支撑杆上设置有滑槽，所述升降块安装在滑槽内。

优选地，所述支撑杆固定在静平台上。

另一方面，本发明还提供了一种包括上述三自由度并联机构的四自由度并联机构，所述传动机构安装在静平台与动平台之间的底面上。

所述转动机构为旋转轴，该旋转轴通过万向节与静平台或动平台连接。

所述动平台上安装的转动机构为电机，该电机通过轴承与动平台连接。

与现有技术相比，本发明所述技术方案中的一个技术方案具备以下一些优点：

1、本发明所述三自由度并联机构，采用了3根支撑杆，3个升降块，3个平行四边形机构，1个动平台，结构简单。升降块带动平行四边形机构摆动，动平台在3个平行四边形机构的作用下移动，是本发明所述并联机构控制算法更加简单，设备控制精度更高。从运动学正、逆解方面看，与传统的Delta并联机构相比，本发明降低了其复杂程度，将原来的角度计算变为了移动距离的计算，简化了正逆解计算公式，使得在实际应用中计算更快，控制更加容易，提高了设备了相应速度，提高了设备的工作效率。

2、本发明所述三自由度并联机构，降低了并联机构的复杂性，减少了并联机构运动副约束，安装、调试简单。

3、本发明所述三自由度并联机构，升降块在支撑杆上来回移动，使本发明工作空间更大。

4、本发明所述三自由度并联机构，输入功率更小，减少了电能消耗，节约了工作成本。

5、本发明所述四自由度并联机构，具备本发明上述三自由度并联机构的所有优点，同时，还具备了一个旋转自由度。

与传统的Delta并联机构相比，本发明降低了机构的复杂程度，将原来的角度计算变为了移动距离的计算。

a）Delta并联机构

设静平台半径为360mm，动平台半径为35mm，Delta型并联机构主动臂长200mm，从动臂长为1085mm。

当用空间逆解求解其中一角J1时，Delta型的计算公式为：