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CN101653944A - 一种用于姿态调整的三自由度并联机构 - Google Patents

一种用于姿态调整的三自由度并联机构 Download PDF

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CN101653944A
CN101653944A CN200910092230A CN200910092230A CN101653944A CN 101653944 A CN101653944 A CN 101653944A CN 200910092230 A CN200910092230 A CN 200910092230A CN 200910092230 A CN200910092230 A CN 200910092230A CN 101653944 A CN101653944 A CN 101653944A
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CN
China
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ball
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branch
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CN200910092230A
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English (en)
Inventor
郭盛
曲海波
方跃法
李霄霄
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Beijing Jiaotong University
Original Assignee
Beijing Jiaotong University
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Publication date
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Abstract

本发明公开了一种用于姿态调整的三自由度并联机构，它包括：基座(1)、末端操作器(3)和三个结构、尺寸完全相同的分支机构。分支机构上的驱动电机(2)通过螺钉(8)固定在基座的连接片(4)上，分支机构上的球副凸球(11)与末端操作器上的球副凹槽(12)配合，形成球面副，构成了用于姿态调整的三自由度并联机构；每一个分支机构上的驱动电机(2)带动分支机构上的球副凸球在平面内摆动，通过球副凸球(11)与末端操作器上的球副凹槽配合，将电机的驱动力传递给末端操作器，带动末端操作器在空间运动，进行姿态的调整。本发明可以实现空间的三维转动，由于其结构简单和运动学解耦，具有易于控制、动态性能良好、精度高等特点。

Description

一种用于姿态调整的三自由度并联机构
技术领域
本发明涉及机械学领域的并联机构，特别涉及一种用于空间姿态调整的三自由度并联机构。
背景技术
并联机构由于其刚度大、结构稳定、承载能力大、误差积累小、动态特性好等优点，已经广泛应用于重载模拟设备、姿态调整装置、数控机床、传感器、仿生机构等方面。
用于姿态调整的三自由度并联机构是一类重要的少自由度并联机构，可以实现机构动平台的三个转动，从而进行空间姿态调整。但是，由于并联机构各个支链之间的耦合性，即个驱动关节的运动输入与机构动平台的运动输出之间是非线性的，导致机构控制复杂，从而限制了机构工作精度的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于姿态调整的三自由度并联机构，具有完全对称、简单的机械结构和运动学解耦的特性。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种用于姿态调整的三自由度并联机构，该机构包括基座、末端操作器和三个结构、尺寸完全相同的分支机构；构成该机构的零部件之间的连接是：
分支机构上的驱动电机通过螺钉固定在基座的连接片上，分支机构上的球副凸球与末端操作器上的球副凹槽配合在一起，形成球面副，构成了用于姿态调整的三自由度并联机构。
每一个分支机构上的驱动电机带动分支机构上的球副凸球在平面内摆动，通过球副凸球与末端操作器上的球副凹槽配合，将电机的驱动力传递给末端操作器，带动末端操作器在空间运动，进行姿态的调整。
本发明所具有的有益效果是：本发明机构的动平台可以实现空间的三维转动，且由于其机械结构简单和运动学解耦，从而具有易于控制、动态性能良好、精度高等特点。可以广泛应用于各种姿态调整装置中，诸如：卫星天线和摄像姿态调整装置，肩关节等仿生机构。
附图说明
图1用于姿态调整的三自由度并联机构示意图；
图2图1的A-A剖面图；
图3分支机构示意图；
图4图3的B-B剖面图；
图5图3的C-C剖面图；
图6末端操作器；
图7驱动电机；
图中：基座1，驱动电机2，末端操作器3，连接片4，摆杆5，连杆6，键7，销钉8，螺栓9，螺母10，球副凸球11，球副凹槽12。
具体实施方式
结合附图对本发明进一步的说明。
本发明的技术方案是：
用于姿态调整的三自由度并联机构，如图1所示。该机构包括：基座1、末端操作器3和三个结构、尺寸完全相同的分支机构。
如图1、2、3、4、5、6、7所示，本发明利用简洁的设计，实现机构末端操作器的姿态调整功能。
分支机构上的驱动电机2通过销钉8固定在基座的连接片4上，分支机构上的球副凸球11与末端操作器3上的球副凹槽12配合在一起，形成球面副，构成了用于姿态调整的三自由度并联机构；
每一个分支机构上的驱动电机2带动分支机构上的球副凸球11在平面内摆动，通过球副凸球11与末端操作器3上的球副凹槽12配合，将电机2的驱动力传递给末端操作器3，带动末端操作器3在空间运动，进行姿态的调整。
分支机构，如图3、4、5、7所示，有三个，并且结构、尺寸完全相同，每一个分支机构包括：一个驱动电机2、一个摆杆5、一个连杆6和一个球副凸球11；驱动电机2的输出轴通过键7与摆杆5带键槽的一端连接，形成转动副；摆杆5的另一端通过螺栓9和螺母10与连杆6的一端连接，形成转动副；连杆6的另一端与球副凸球11的一端焊接在一起。
基座1，如图1、3、4所示，由三根长度、截面均相同的杆的一端垂直焊接而成，杆的另一端与连接片4焊接。
末端操作器3，如图1、6所示，外观为正三角形，中部为一星形筋板结构，三个顶角上焊接球副凹槽12。

Claims (4)

1.一种用于姿态调整的三自由度并联机构，其特征在于，该机构包括：基座(1)、末端操作器(3)和三个结构、尺寸完全相同的分支机构；构成该机构的零部件之间的连接为：
分支机构上的驱动电机(2)通过螺钉(8)固定在基座的连接片(4)上，分支机构上的球副凸球(11)与末端操作器(3)上的球副凹槽(12)配合在一起，形成球面副，构成了用于姿态调整的三自由度并联机构；
每一个分支机构上的驱动电机(2)带动分支机构上的球副凸球(11)在平面内摆动，通过球副凸球(11)与末端操作器(3)上的球副凹槽(12)配合，将电机的驱动力传递给末端操作器(3)，带动末端操作器(3)在空间运动，进行姿态的调整。
2.根据权利要求1所述的一种用于姿态调整的三自由度并联机构，其特征在于，分支机构有三个，并且结构、尺寸完全相同，每一个分支机构包括：一个驱动电机(2)、一个摆杆(5)、一个连杆(6)和一个球副凸球(11)；驱动电机(2)的输出轴通过键(7)与摆杆(5)带键槽的一端连接，形成转动副；摆杆(5)的另一端通过螺栓(9)和螺母(10)与连杆(6)的一端连接，形成转动副；连杆(6)的另一端与球副凸球(11)的一端焊接在一起。
3.根据权利要求1所述的一种用于姿态调整的三自由度并联机构，其特征在于，基座(1)由三根长度、截面均相同的杆的一端垂直焊接而成，杆的另一端与连接片(4)焊接。
4.根据权利要求1所述的一种用于姿态调整的三自由度并联机构，其特征在于，末端操作器的外观为正三角形，中部为一星形筋板结构，三个顶角上焊接球副凹槽(12)。
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100224