[发明专利]一种带有可转轴线转动副的三自由度并联机构

权利要求书

1.一种带有可转轴线转动副的三自由度并联机构，包括定平台(1)、动平台(2)以及连接该两个平台的三条支链，其特征在于：所述三条支链中的第一支链(3)和第二支链(4)为相互对称对接结构，分别通过第一、第二支链上的一端的球面副与动平台(2)连接，另一端通过设在定平台(1)基座上的可转轴线转动副(3-2)连接下连杆a(3-3)，该下连杆a(3-3)的另一端通过移动副与定平台(1)连接；

三条支链中的第三支链(5)相对于第一支链(3)和第二支链(4)垂直分布，第三支链(5)的一端通过第三支链上的上连杆b(5-1)的球面副与动平台(2)连接，上连杆b(5-1)通过移动副连接中连杆(5-2)，该中连杆(5-2)的另一端通过转动副与下连杆b(5-3)的一端连接，下连杆b(5-3)的另一端通过移动副与定平台(1)连接；定平台(1)通过三条支链驱动动平台(2)实现二自由度转动和一自由度平动。

2.根据权利要求1所述的带有可转轴线转动副的三自由度并联机构，其特征在于：所述定平台(1)和动平台(2)呈等腰三角形，结构相同的第一支链(3)和第二支链(4)设在定平台(1)的等腰三角形一条边上并相互对接，第三支链(5)设在定平台(1)的等腰三角形顶角并与第一支链(3)和第二支链(4)垂直分布。

3.根据权利要求1所述的带有可转轴线转动副的三自由度并联机构，其特征在于：所述第一支链(3)和第二支链(4)的转动副均为可转轴线转动副，在变化中两轴线保持相互平行，并垂直于下连杆a(3-3)的移动副的轴线；第三支链(5)中的转动副轴线保持不变,始终垂直于所连接的下连杆b(5-3)的移动副轴线，且与第一支链(3)和第二支链(4)的转动副轴线始终垂直；上连杆b(5-1)与中连杆(5-2)连接的移动副之间设有锁定装置(5-4)。

4.根据权利要求3所述的带有可转轴线转动副的三自由度并联机构，其特征在于：所述锁定装置(5-4)包括锁定凹槽，以及设在锁定凹槽下方的弹簧，在弹簧的上方设有一钢球；

当锁定装置(5-4)处于锁定状态时，钢球在弹簧力的作用下嵌入预设的凹槽中，上连杆b(5-1)与中连杆(5-2)的轴向位置即被固定；

当需要解除锁定时，对上连杆b(5-1)施加一定的轴向力，钢球克服弹簧的压力被挤出凹槽，上连杆b(5-1)与中连杆(5-2)实现轴向移动。

5.根据权利要求1所述的带有可转轴线转动副的三自由度并联机构，其特征在于：所述第一支链(3)和第二支链(4)的可转轴线转动副(3-2)包括一半圆弧形基座，半圆弧形基座顶部设弧形开槽，一端与驱动部件连接，一端为密封结构；下连杆a(3-3)的一端与驱动部件输出端连接，另一端与可转轴线转动副(3-2)连接；可转轴线转动副(3-2)使上连杆a(3-1)能够沿半圆弧形基座顶部弧形开槽转动，且可转轴线转动副(3-2)的轴线旋转所形成的平面始终与定平台(1)保持垂直。

6.根据权利要求1所述的带有可转轴线转动副的三自由度并联机构，其特征在于：所述第三支链(5)的中连杆(5-2)和下连杆b(5-3)设在半圆弧形基座中，半圆弧形基座一端为顶部开槽，一端为密封结构；下连杆b(5-3)一端设在密封结构中，另一端与中连杆(5-2)通过转动副连接；该转动副使中连杆(5-2)能够沿半圆弧形基座顶部开槽转动。

7.根据权利要求5所述的带有可转轴线转动副的三自由度并联机构，其特征在于：所述三条支链的驱动部件设在半圆弧形基座的密封结构中，驱动部件为直线气缸或者液压缸或者电推杆或者电缸，驱动副为各支链上与定平台(1)连接的移动副。

8.根据权利要求1-7任一项所述的带有可转轴线转动副的三自由度并联机构，其特征在于：第一支链(3)和第二支链(4)驱动副的行程分为初始段、中间段和末尾段；

当第一支链(3)和第二支链(4)驱动副的行程都处于初始段时,第三支链(5)中的上连杆b(5-1)与中连杆(5-2)连接的移动副被锁定装置(5-4)锁定，第一支链(3)和第二支链(4)的可转轴线转动副(3-2)轴线不能转动，控制第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)中移动副的伸缩实现动平台(2)的位置和姿态的调整，此时并联机构处于第一种运动模式；

当第一支链(3)和第二支链(4)驱动副的行程都处于中间段时，锁定装置(5-4)解锁，第一支链(3)的可转轴线转动副(3-2)带动上连杆a(3-1)转动，同时第二支链(4)的可转轴线转动副带动对应的上连杆转动，而第三支链(5)中的上连杆b(5-1)与中连杆(5-2)连接的移动副在拉力的作用下使第三支链(5)伸长并转动，此时并联机构处于第二种运动模式；

当第一支链(3)和第二支链(4)驱动副的行程都处于末尾段时，第一支链(3)和第二支链(4)的上连杆a(3-1)沿半圆弧形基座弧形开槽滑动至顶部限位，可转轴线转动副(3-2)轴线受限不再转动，上连杆b(5-1)与中连杆(5-2)连接的移动副被锁定装置(5-4)重新锁定，控制第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)中移动副的伸缩实现动平台(2)在另一个空间中的位置和姿态的调整，此时并联机构处于第三种运动模式。