[发明专利]一种可实现稳定纯平动的三自由度并联机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联机构，特别是一种三自由度并联机构。

背景技术

三平动机构以其特殊的运动特性一直是机构学的研究热点。其中不乏一些著名的三平动机构。1988年，R.Clavel提出了Delta并联机构，是一种3自由度纯平动机构，其速度快，定位精确。Tsai在1996年提出了一种对称3-UPU平动机构(Tsai L W.Kinematics of A Three-Dof Platform with Three Extensible Limbs[M]//Recent Advances in Robot Kinematics.Springer Netherlands,1996:401-410)。针对3-RUU并联机构，Tsai在美国专利5656905中提出了一种3-RUU并联机构，其中提出的3-RUU机构保持平动的条件是每个RUU分支中与基座相连的转动副和与上平台相连的外侧转动副要保持平行，该机构中与基座相连的转动副均平行于基座对边，与上平台相连的外侧转动副平行于上平台对边。这种布置下，处于不同构件上的转动副保持平行是非常困难的。当对应的转动副不平行时，机构并不具备稳定的三平动特性。该机构在运动过程中实际上是一个变自由度机构。

国内一些学者也提出了3-RUU机构，公开号为CN201420614274.5的中国专利提出了3-RUU型并联机构髋关节试验机,公开号为CN201410371262.9的中国专利提出了一种可精密三维移动的Delta结构并联机械手，包括基于3-RUU的运动链。但这些3-RUU机构并不具有三平动运动特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现稳定纯平动的三自由度并联机构。该机构通过运动副的特殊布置实现处于不同构件上的转动副的自然平行，保证了机构稳定三平动的运动特性。

本发明的技术方案如下：

本发明主要包括基座、动平台以及连接基座与动平台的三个结构相同的分支，所述的三个结构相同的分支有两种不同的连接方式。

第一种方式：分支由下连杆和上连杆组成，下连杆的一端通过转动副与基座连接,该下连杆的另一端通过下万向铰与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过上万向铰与动平台连接。上万向铰中与动平台连接的转动副和下万向铰中与下连杆连接的转动副均为外侧转动副，上、下万向铰与上连杆连接的转动副均为内侧转动副，每个万向铰中，外侧转动副轴线与内侧转动副轴线垂直。第一、三分支与基座相连的两个转动副轴线平行；第一、三分支与动平台相连的两个上万向铰外侧转动副轴线平行。第二分支与基座相连的转动副轴线垂直于第一、三分支与基座相连的转动副轴线；第二分支与动平台相连的上万向铰外侧转动副轴线垂直于第一、三分支与动平台相连的上万向铰外侧转动副轴线。三个分支中，与基座相连的转动副轴线均平行于基座平面，与动平台相连的上万向铰外侧转动副轴线均平行于动平台平面。各分支中，转动副轴线与下连杆轴线垂直，并且与下万向铰外侧转动副轴线平行，下万向铰内侧转动副轴线与上连杆轴线垂直，并且与上万向铰内侧转动副轴线平行。

第二种方式：分支由下连杆和上连杆组成，下连杆的一端通过下万向铰与基座连接,该下连杆的另一端通过转动副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过上万向铰与动平台连接。上、下万向铰中与基座或动平台相连的转动副为外侧转动副，与下连杆或上连杆相连的转动副为内侧转动副。第一、三分支与基座相连的两个下万向铰外侧转动副轴线平行；第一、三分支与动平台相连的两个上万向铰外侧转动副轴线平行。第二分支与基座相连的下万向铰外侧转动副轴线垂直于第一、三分支中与基座相连的下万向铰外侧转动副轴线；第二分支与动平台相连的上万向铰外侧转动副轴线垂直于第一、三分支与动平台相连的上万向铰外侧转动副轴线。三个分支中，与基座相连的下万向铰外侧转动副轴线均平行于基座平面，与动平台相连的上万向铰外侧转动副轴线均平行于动平台平面。各分支中，下万向铰内侧转动副轴线与下连杆轴线垂直，并且与转动副轴线平行，转动副轴线与上连杆轴线垂直，并且与上万向铰内侧转动副轴线平行。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

转动副的布置方式可以使机构实现处于不同构件上的转动副的自然平行，满足实现三平动的几何条件，机构实现稳定的三平动运动，在机构运动过程中不会出现机构演化。

附图说明

图1是本发明实施例1的立体示意简图。

图2是本发明实施例2的立体示意简图。