CN113001510B - 一种二自由度平面平动并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二自由度平面平动并联机构，包括机架、内滑块、外滑块、第一运动支链、第二运动支链和动平台。两个滑块以相互垂直的移动副与机架连接，两个运动支链结构尺寸相同，连接于内滑块、外滑块和动平台之间。每个运动支链动包含四根杆，各杆之间、杆与滑块之间、杆与动平台之间均通过转动副连接，转动副铰接点间距存在一定比例关系。本发明内滑块和外滑块作为驱动元件沿移动副移动时通过运动支链带动动平台在平面内平移，动平台移动速度与两滑块合成运动速度比值恒定。

Description

一种二自由度平面平动并联机构

技术领域

二自由度平面平动并联机构大多采用平行四边形连杆约束动平台的转动实现二自由度平动，如专利CN1155458C、CN100395086C、 CN2741730Y，连接动平台的连杆为仅受拉压力的二力杆，在工作空间内机构刚度和输入输出间速度比变化大，只适用于轻小物体抓放，驱动电机能力得不到有效发挥。。

背景技术

二自由度平面平动并联机构大多采用平行四边形连杆约束动平台的转动实现二自由度平动，如专利CN1155458C、CN100395086C、 CN2741730Y，连接动平台的连杆为仅受拉压力的二力杆，在工作空间内机构刚度和输入输出间速度比变化大，只适用于轻小物体抓放，驱动电机能力得不到有效发挥。

发明内容

本发明针对现有机构的不足，提供了一种二自由度平面平动并联机构，包括机架、内滑块、外滑块、第一运动支链、第二运动支链和动平台。内滑块与机架通过移动副连接，外滑块与机架通过移动副连接，连接内滑块和机架的移动副与连接外滑块和机架的移动副方向相互垂直。内滑块布置在外滑块与动平台之间，第一运动支链和第二运动支链分别分布在内滑块、外滑块、动平台两侧，各自与内滑块、外滑块、动平台通过转动副连接。

所述第一运动支链与所述第二运动支链结构尺寸相同，每个运动支链包括第一主杆、第二主杆、第一副杆和第二副杆，其特征在于：第一主杆一端与外滑块通过转动副连接，第一主杆的另一端与第二主杆中部通过转动副连接，第二主杆一端与动平台通过转动副连接，第二主杆另一端与第二副杆一端通过转动副连接，第二副杆另一端与第一副杆一端通过转动副连接，第一副杆另一端与内滑块通过转动副连接，第一副杆中部与第一主杆中部通过转动副连接。上述所有转动副轴线均相互平行，并与连接内滑块的移动副、连接外滑块的移动副垂直。第一主杆上与第一副杆连接的转动副铰接点与第一主杆两端的转动副铰接点共线，该铰接点与连接第一主杆、第二主杆的转动副铰接点之间距离等于第二副杆两端转动副铰接点之间距离；第二主杆上与第一主杆的转动副铰接点与第二主杆两端的转动副铰接点共线，该铰接点与连接第二主杆、第二副杆的转动副铰接点之间距离等于连接第一副杆、第二副杆的转动副铰接点与连接第一主杆、第一副杆转动副铰接点之间距离。连接第一主杆、外滑块的转动副铰接点与连接第一主杆、第一副杆的转动副铰接点之间距离与第一主杆两端转动副铰接点之间距离的比值等于连接第一主杆、第一副杆转动副铰接点与连接第一副杆、内滑块转动副铰接点之间距离与连接第一主杆、第二主杆的转动副铰接点与连接第二主杆、动平台的转动副铰接点之间距离的比值。

所述外滑块上的两个铰接点间距与所述内滑块上的两个铰接点间距相等，并与所述动平台上两个铰接点间距相等。

所述外滑块上两个铰接点连线与所述内滑块上两个铰接点连线相互平行，并与连接其中一个滑块和机架的移动副方向平行。

采用上述技术方案的本发明，确定内滑块和外滑块作为驱动元件沿移动副移动时通过运动支链带动动动平台在平面内平移，动平台安装工具后可完成相应作业。与现有技术相比，其突出特点是：

（1）两个滑块作为驱动元件沿移动副移动时，动平台会沿两个滑块的合成运动相关的方向移动，动平台移动速度与两滑块合成运动速度比值恒定。

（2）与单个滑块、动平台连接的杆件数量少，杆件与铰接点无干涉，机构工作空间大。

（3）连接动平台的杆件可承受弯矩，在整体工作空间内可承受较大载荷。

附图说明

图1为本发明实施例机构简图；

图中：机架1；内滑块2；外滑块3；外滑块移动副4；一支链第一铰接点5；一支链第一主杆6；一支链第二铰接点7；一支链第三铰接点8；一支链第一副杆9；一支链第四铰接点10；一支链第二副杆11；一支链第五铰接点12；一支链第六铰接点13；一支链第二主杆14；一支链第七铰接点15；二支链第一铰接点16；二支链第一主杆17；二支链第二铰接点18；二支链第三铰接点19；二支链第一副杆20；二支链第四铰接点21；二支链第二副杆22；二支链第五铰接点23；二支链第六铰接点24；二支链第二主杆25；二支链第七铰接点26；内滑块移动副27；第一运动支链28；第二运动支链29；动平台30。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明做进一步说明，目的仅在于更好理解本发明内容，因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。

参见图1，包括机架1、内滑块2、外滑块3、第一运动支链28、第二运动支链29和动平台30。内滑块2与机架1通过内滑块移动副27连接，外滑块3与机架1通过外滑块移动副4连接，内滑块移动副27与外滑块移动副4方向相互垂直。内滑块2布置在外滑块3与动平台30之间，第一运动支链28和第二运动支链29分别在内滑块2、外滑块3、动平台30左右两侧。

第一运动支链28包括一支链第一主杆6、一支链第二主杆14、一支链第一副杆9和一支链第二副杆11。一支链第一主杆6一端与外滑块3通过转动副连接，铰接点为一支链第一铰接点5；一支链第一主杆6的另一端与一支链第二主杆14中部通过转动副连接，铰接点为一支链第六铰接点13；一支链第二主杆14一端与动平台30通过转动副连接，铰接点为一支链第七铰接点15；一支链第二主杆14另一端与一支链第二副杆11一端通过转动副连接，铰接点为一支链第五铰接点12；一支链第二副杆11另一端与一支链第一副杆9一端通过转动副连接，铰接点为一支链第二铰接点7；一支链第一副杆9另一端与内滑块2通过转动副连接，铰接点为一支链第四铰接点10；一支链第一副杆9中部与一支链第一主杆6中部通过转动副连接，铰接点为一支链第三铰接点8。上述所有转动副轴线均相互平行，并与内滑块移动副27、外滑块移动副4垂直。

一支链第一主杆6上一支链第三铰接点8与一支链第一铰接点5、一支链第六铰接点13共线，一支链第三铰接点8与一支链第六铰接点13之间距离等于一支链第二铰接点7与一支链第五铰接点12之间距离；一支链第二主杆14上一支链第六铰接点13与一支链第五铰接点12、一支链第七铰接点15共线，一支链第六铰接点13与一支链第五铰接点12之间距离等于一支链第二铰接点7与一支链第三铰接点8之间距离。

一支链第一铰接点5、一支链第三铰接点8之间距离与一支链第一铰接点5、一支链第六铰接点13之间距离的比值等于一支链第三铰接点8、一支链第四铰接点10之间距离与一支链第六铰接点13、一支链第七铰接点15之间距离的比值。

第二运动支链29与第一运动支链28结构尺寸相同，包括二支链第一主杆17、二支链第二主杆25、二支链第一副杆20、二支链第二副杆22。二支链第一主杆17一端与外滑块3通过转动副连接，铰接点为二支链第一铰接点16；二支链第一主杆17的另一端与二支链第二主杆25中部通过转动副连接，铰接点为二支链第六铰接点24；二支链第二主杆25一端与动平台30通过转动副连接，铰接点为二支链第七铰接点26；二支链第二主杆25另一端与二支链第二副杆22一端通过转动副连接，铰接点为二支链第五铰接点23；二支链第二副杆22另一端与二支链第一副杆20一端通过转动副连接，铰接点为二支链第二铰接点18；二支链第一副杆20另一端与内滑块2通过转动副连接，铰接点为二支链第四铰接点21；二支链第一副杆20中部与二支链第一主杆17中部通过转动副连接，铰接点为二支链第三铰接点19。上述所有转动副轴线均相互平行，并与内滑块移动副27、外滑块移动副4垂直。

二支链第一主杆17上二支链第三铰接点19与二支链第一铰接点16、二支链第六铰接点24共线，二支链第三铰接点19与二支链第六铰接点24之间距离等于二支链第二铰接点18与二支链第五铰接点23之间距离；二支链第二主杆25上二支链第六铰接点24与二支链第五铰接点23、二支链第七铰接点26共线，二支链第六铰接点24与二支链第五铰接点23之间距离等于二支链第二铰接点18与二支链第三铰接点19之间距离。

二支链第一铰接点16、二支链第三铰接点19之间距离与二支链第一铰接点16、二支链第六铰接点24之间距离的比值等于二支链第三铰接点19、二支链第四铰接点21之间距离与二支链第六铰接点24、二支链第七铰接点26之间距离的比值。

外滑块3上一支链第一铰接点5、二支链第一铰接点16间距与内滑块2上一支链第四铰接点10、二支链第四铰接点21间距相等，并与动平台30上一支链第七铰接点15、二支链第七铰接点26间距相等。

外滑块3上一支链第一铰接点5、二支链第一铰接点16连线与内滑块2上一支链第四铰接点10、二支链第四铰接点21连线相互平行，并与外滑块移动副4方向平行。

采用上述技术方案的本发明，确定内滑块2和外滑块3作为驱动元件分别沿内滑块移动副27、外滑块移动副4移动时动平台30在平面内做平移运动，动平台30运动速度与内滑块2和外滑块3的合成运动速度比值为恒值。动平台30安装工具后可完成相应作业。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。应当指出，对于相关领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，做出的细微改变，也应视为属于本发明的保护范围。如：将外附图1中外滑块移动副4由水平布置改为竖直布置，同时将内滑块移动副27由竖直布置改为水平布置，外滑块3上一支链第一铰接点5与二支链第一铰接点16连线与修改后水平布置的内滑块移动副27平行，也能够达到本发明的效果。

Claims (1)

1.一种二自由度平面平动并联机构，包括机架、内滑块、外滑块、第一运动支链、第二运动支链和动平台，所述内滑块与机架通过移动副连接，所述 外滑块与机架通过移动副连接，连接所述内滑块和机架的移动副与连接所述外滑块和机架的移动副方向相互垂直，所述内滑块布置在外滑块与动平台之间，所述第一运动支链和第二运动支链分别分布在所述内滑块、外滑块、动平台两侧，并各自与内滑块、外滑块、动平台通过转动副连接，其特征在于：所述第一运动支链与所述第二运动支链结构尺寸相同，每个运动支链包括第一主杆、第二主杆、第一副杆和第二副杆，所述第一主杆一端与所述外滑块通过转动副连接，所述第一主杆的另一端与所述第二主杆中部通过转动副连接，所述第二主杆一端与所述动平台通过转动副连接，所述第二主杆另一端与所述第二副杆一端通过转动副连接，所述第二副杆另一端与所述第一副杆一端通过转动副连接，所述第一副杆另一端与所述内滑块通过转动副连接，所述第一副杆中部与所述第一主杆中部通过转动副连接，上述所有转动副轴线均相互平行，并与连接所述内滑块的移动副、连接所述外滑块的移动副垂直，所述第一主杆上与所述第一副杆连接的转动副铰接点与所述第一主杆两端的转动副铰接点共线，且与连接所述第一主杆、第二主杆的转动副铰接点之间距离等于所述第二副杆两端转动副铰接点之间距离，所述 第二主杆上与第一主杆的转动副铰接点与所述 第二主杆两端的转动副铰接点共线，且与连接所述第二主杆、第二副杆的转动副铰接点之间距离等于连接所述第一副杆、第二副杆的转动副铰接点与连接所述第一主杆、第一副杆转动副铰接点之间距离，连接所述第一主杆、外滑块的转动副铰接点与连接所述第一主杆、第一副杆的转动副铰接点之间距离与所述第一主杆两端转动副铰接点之间距离的比值等于连接所述 第一主杆、第一副杆转动副铰接点与连接所述第一副杆、内滑块转动副铰接点之间距离与连接所述第一主杆、第二主杆的转动副铰接点与连接所述 第二主杆、动平台的转动副铰接点之间距离的比值，所述外滑块上的两个铰接点间距与所述内滑块上的两个铰接点间距相等，并与所述动平台上两个铰接点间距相等，所述外滑块上两个铰接点连线与所述内滑块上两个铰接点连线相互平行，并与连接其中一个滑块和机架的移动副方向平行。