[发明专利]一种带有可转轴线转动副的三自由度并联机构

说明书

本发明涉及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、动平台以及连接两平台的三条支链，第一支链和第二支链结构相同，该两支链中的上连杆的一端通过球面副与动平台连接，另一端通过可转轴线转动副与下连杆的一端连接，下连杆的另一端通过移动副与定平台连接；第三支链中的上连杆的一端通过球面副与动平台连接，另一端通过移动副与中连杆的一端连接，中连杆的另一端通过转动副与下连杆的一端连接，下连杆的另一端通过移动副与定平台连接；第一支链和第二支链的可转轴线转动副，在变化中两轴线保持相互平行；第三支链的上连杆与中连杆连接的移动副，可根据需要用锁定装置锁定。本发明比同类机构的工作空间大，具有宽广的应用前景。

技术领域

本发明属于机械机构技术领域，具体涉及一种可以实现两转一移的带有可转轴线转动副的三自由度并联机构。

背景技术

从Steward机构在轮胎测试及飞行模拟器上的成功应用以来，并联机构以其运动精度高、响应速度快以及承载能力大等优点，在机器人、数控机床、工业振动筛、喷涂机器人以及卫星天线等领域得到了广泛应用。在实际应用中有相当数量的操作任务所要求的自由度数少于6，此时采用合适的少自由度并联机器人，可以有效地节省系统设计、制造、控制和维护方面的成本。三自由度并联机构具有结构简单、运动学求解方便、控制容易、制造成本低等特点，是少自由度并联机器人中非常重要的一类。目前使用较多的是具有绕空间两个方向转动和沿一个方向移动的并联机构，如德国DS Technologie机床公司推出的以3-PRS并联机构为基础的Sprint Z3主轴头和Karl-Erik Neumann提出的采用2-UPR/SPR并联机构的Exechon机床等。但由于机构约束的限制，这类机构存在着工作空间小、适应能力差、机构综合难度大的问题，限制了其应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计新颖、结构紧凑合理、使用操作便捷、实用性强、便于广泛推广使用的一种三自由度并联机构。本并联机构采用带有可转轴线转动副的第一支链和第二支链，以及上连杆与中连杆可以产生轴向移动的第三支链，可以实现三种模式的运动，比同类机构的工作空间更大，具有宽广的应用前景。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

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、动平台以及连接该两个平台的三条支链，所述三条支链中的第一支链和第二支链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连接，另一端通过设在定平台基座上的可转轴线转动副连接下连杆a，该下连杆a的另一端通过移动副与定平台连接；

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

作为优选，所述定平台和动平台呈等腰三角形，结构相同的第一支链和第二支链设在定平台的等腰三角形一条边上并相互对接，第三支链设在定平台的等腰三角形顶角并与第一支链和第二支链垂直分布。

作为优选，所述第一支链和第二支链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的移动副的轴线；第三支链中的转动副轴线保持不变,始终垂直于所连接的下连杆b的移动副轴线，且与第一支链和第二支链的转动副轴线始终垂直；上连杆b与中连杆连接的移动副之间设有锁定装置。

进一步，所述锁定装置包括锁定凹槽，以及设在锁定凹槽下方的弹簧，在弹簧的上方设有一钢球；

当锁定装置处于锁定状态时，钢球在弹簧力的作用下嵌入预设的锁定凹槽中，上连杆b与中连杆的轴向位置即被固定；

当需要解除锁定时，对上连杆b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与中连杆实现轴向移动。