[发明专利]大变形驱动的空间两转一平弹性连杆并联机构

说明书

一种大变形驱动的空间两转一平弹性连杆并联机构，包括：设置于定平台一侧的单自由度推拉装置以及设置于另一侧的中间平台和动平台，其中：弹性连杆环布于定平台上，通过固定于定平台的对应单自由度推拉装置与定平台滑动连接，中间平台与定平台转动连接并与弹性连杆滑动连接，动平台设置于弹性连杆的末端。当弹性连杆沿轴向既有同步运动又有差动运动时，动平台不仅可以实现空间内的两转一平运动，而且还能利用弹性连杆侧向刚度小的特性，使该弹性机构具备变化的顺应能力。

技术领域

本发明涉及的是一种机械设计领域的装置，具体是一种由弹性杆系大变形驱动的空间两转一平并联机构。

背景技术

对于少自由度并联机构，末端执行器的空间运动通常由转动和平移的耦合来实现，因而具有驱动元件少、结构部件少、工作精度高等优点。目前，各式少自由度并联机构已在切削、打磨和快速拾取等场合中获得广泛的应用，其中包括DELTA机构、TRICEPT机构等多种典型并联机构。具有两转一平自由度的空间并联机构不仅可以在平动方向上实现大行程的移动，还能够在与之正交的方向上实现一定范围的姿态调整，因而具有很高的研究价值。

发明内容

本发明针对现有技术均为刚性并联机构，仅能通过力位混合控制等主动柔顺技术实现一定方向的顺应操作，并且当主动柔顺控制不能适用或是精度不足时，并联机构的工作性能会大幅下降的缺陷，提出一种大变形驱动的空间两转一平弹性连杆并联机构，使得末端平台不仅能够在平动方向上通过高刚度来承受大载荷，而且还能在转动方向利用弹性连杆的易弯曲特性实现顺应，从而增大了少自由度并联机构的应用范围。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：设置于定平台一侧的单自由度推拉装置以及设置于另一侧的中间平台和动平台，其中：弹性连杆环布于定平台上，通过固定于定平台的对应单自由度推拉装置与定平台滑动连接，中间平台与定平台转动连接并与弹性连杆滑动连接，动平台设置于弹性连杆的末端；单自由度推拉装置驱动弹性连杆沿长度方向同步运动以实现动平台沿水平方向的平移运动，且机构的侧向刚度会随动平台与中间平台的相对距离变化而改变，从而具备变化的顺应能力；单自由度推拉装置驱动弹性连杆沿长度方向差动运动以实现动平台绕竖平面两个轴线的任意方向的转动，且由于中间平台的约束，动平台的平动与转动解耦；弹性连杆沿长度方向同时同步运动和差动运动以实现动平台空间内的两转一平运动和机构变化的顺应能力。

所述的弹性连杆是指超弹性材料制成的圆形截面杆，能够在多种边界条件共同作用下完成复杂的空间大变形。

所述的弹性连杆的数量优选为三根，各弹性连杆相对于定平台端面法线的安装倾角为15°，所在平面间的夹角为120°。

所述的定平台采用六边形框架结构，该框架边缘设有若干圆周阵列布置用于与弹性连杆形成滑动连接的倾斜通孔，六边形框架的背侧设有若干圆周阵列布置的倾斜安装面，安装面上设有若干用于对单自由度推拉装置进行定位安装的螺纹孔。

所述的单自由度推拉装置包括：推拉装置支架、弹性连杆支架和导轨丝杠机构，其中：弹性连杆支架通过导轨丝杠机构滑动设置于推拉装置支架上，通过移动驱动组件实现导轨全长范围内任意距离的移动。

所述的弹性连杆支架为T形结构，其T形截面竖向设有与弹性连杆的直径相匹配的用于固定的通孔。

所述的中间平台包括：中间平台支架和若干内球副，其中：内球副通过螺纹连接固定于中间平台支架上。

所述的中间平台与定平台通过球铰实现转动连接，该球铰包括：球铰支座和球铰杆，其中：球铰杆末端的外球面与球铰支座的内球面配合形成转动连接，球铰支座和球铰杆分别通过螺纹连接与定平台和中间平台固定，从而使中间平台具有被动的相对于定平台的三个转动自由度。

所述的动平台包括：动平台支架、若干轴环、若干轴环衬套和若干轴环压盖，其中：轴环通过其外圈在动平台支架上进行径向固定，通过轴环压盖进行轴向固定。