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CN114406729A - 一种大转角五自由度并联机构 - Google Patents

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CN114406729A
CN114406729A CN202210156840.1A CN202210156840A CN114406729A CN 114406729 A CN114406729 A CN 114406729A CN 202210156840 A CN202210156840 A CN 202210156840A CN 114406729 A CN114406729 A CN 114406729A
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freedom parallel
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CN202210156840.1A
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田春旭
马威战
马甲辰
张丹
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Fudan University
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Fudan University
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    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种大转角五自由度并联机构，包括一种大转角五自由度并联机构，包括基座、中间平台、四个第一支链和一个第二支链；基座包括固定块和四组分别与各第一支链一一对应的滑杆，中间平台包括两个接头和连接板，连接板上设有通孔，两个接头分别转动连接于连接板的两侧，且接头上设有两根连接柱，第一支链包括驱动副、第一连杆和第二连杆，第二支链包括第三连杆、第四连杆、第五连杆、虎克铰接头和动平台，第三连杆的一端虎克铰连接于基座的底部，另一端通过第一十字销与第四连杆的一端连接组成虎克铰，第五连杆的与第四连杆的另一端同轴连接组成移动副。本发明具有易维护、工作空间大、灵活性好、高精度以及高刚性等优点。

Description

一种大转角五自由度并联机构
技术领域
本发明涉及并联机器人领域，尤其是涉及一种大转角五自由度并联机构。
背景技术
目前，对高档的数控机床提出了迫切的大量需求，而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。现有的五轴联动数控机床系统的并联机构无法兼顾易维护性、工作空间、灵活性、高精度以及高刚性等要求。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种大转角五自由度并联机构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种大转角五自由度并联机构，包括基座、中间平台、四个第一支链和一个第二支链；
所述基座包括固定块和四组分别与各第一支链一一对应的滑杆，每一组滑杆的一端均固定于固定块上，
所述中间平台包括两个接头和连接板，所述连接板上设有通孔，两个接头分别转动连接于连接板的两侧，且所述接头上设有两根连接柱，
所述第一支链包括驱动副、第一连杆和第二连杆，所述驱动副套接于对应的一组滑杆上，所述第一连杆转动连接于驱动副上，所述第二连杆的一端与第一连杆同轴连接组成移动副，另一端上设有套筒，该套筒套设于一个连接柱上组成转动副，
所述第二支链包括第三连杆、第四连杆、第五连杆、虎克铰接头和动平台，所述第三连杆的一端虎克铰连接于基座的底部，另一端通过第一十字销与第四连杆的一端连接组成虎克铰，所述第五连杆的与第四连杆的另一端同轴连接组成移动副，另一端通过第二十字销与虎克铰接头连接组成虎克铰，所述动平台穿过所述通孔病固定连接于虎克铰接头上。
所述滑杆的另一端设有限位件。
所述滑杆的径向界面为多边形。
所述滑杆的径向界面为四边形。
每一组滑杆均由至少两根平行的杆组成。
所述基座为呈六棱柱状，四组滑杆分别连接于基座的四个侧面上。
所述所述基座的六个侧面中，未连接滑杆的两个侧面相对设置。
所述基座的顶部设有安装孔。
所述套筒和第二连杆的轴向夹角为锐角。
所述连接板和接头的连接方式为铰接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、通过四个第一支链和一个第二支链的设计，驱动副为各第一支链上的驱动副与基座组成移动副以及第二支链的第三连杆和基座组成转动副，当驱动副协调运动时，可以带动中间平台实现空间中的三移动和大角度的两转动运动，进而带动动平台上的刀头实现对复杂曲面的加工，具有工作空间大，灵活性好，高精度以及高刚性等优点。
2、滑杆的另一端设有限位件，避免驱动副脱轨滑杆。
3、滑杆的径向界面为多边形，尤其是四边形，可以在实现避免驱动副相对于滑杆发生周向转动的同时，减小用料。
4、每一组滑杆均由至少两根平行的杆组成，提高运动的稳定性。
附图说明
图1为本发明的大转角五自由度并联机构示意图；
图2为本发明的基座的示意图；
图3为本发明的第一支链组件示意图；
图4为本发明的第五支链组件示意图；
图5为本发明的中间平台组件示意图；
图6为本发明的第一支链示意图；
图7为本发明的第五支链示意图；
图8为本发明的中间平台示意图；
图9为本发明的转动模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种大转角五自由度并联机构，如图1和图9所示，包括基座1、中间平台7、四个第一支链和一个第二支链6，图中，四个第一支链分别为第一支链2、第一支链3、第一支链4和第一支链5；
如图2所示，基座1包括固定块1-1和四组分别与各第一支链一一对应的滑杆1-2，每一组滑杆1-2的一端均固定于固定块1-1上，四组滑杆类似于四条腿，向设置有中间平台7的一侧倾斜设置，
如图5和图8所示，中间平台7包括两个接头和连接板7-2，连接板上设有通孔，两个接头分别转动连接于连接板7-2的两侧，且接头上设有两根连接柱，如图5所示，两个接头分别为左端接头7-1和右端接头7-3。
如图3和图6所示，第一支链包括驱动副2-1、第一连杆2-2和第二连杆2-3，驱动副2-1套接于对应的一组滑杆1-2上组成移动副，第一连杆2-2转动连接于驱动副2-1上，第二连杆2-3的一端与第一连杆2-2同轴连接组成移动副，另一端上设有套筒2-3-1，该套筒2-3-1套设于一个连接柱上组成转动副，具体的，可以采用第一连杆2-2插入至第二连杆2-3的方式，四个第一支链的结构完全相同。
如图4和7所示，第二支链6包括第三连杆6-1、第四连杆6-3、第五连杆6-4、虎克铰接头6-6和动平台6-7，第三连杆6-1的一端虎克铰连接于基座1的底部，另一端通过第一十字销6-2与第四连杆6-3的一端连接组成虎克铰，第五连杆6-4的与第四连杆6-3的另一端同轴连接组成移动副，另一端通过第二十字销6-5与虎克铰接头6-6连接组成虎克铰，动平台6-7穿过通孔病固定连接于虎克铰接头6-6上。
通过四个第一支链和一个第二支链6的设计，驱动副为各第一支链上的驱动副与基座1组成移动副以及第二支链6的第三连杆6-1和基座1组成转动副，当驱动副协调运动时，可以带动中间平台7实现空间中的三移动和大角度的两转动运动，进而带动动平台6-7上的刀头实现对复杂曲面的加工，具有工作空间大，灵活性好，高精度以及高刚性等优点。
本实施例中，如图2所示，滑杆1-2的另一端设有限位件1-2-1，避免驱动副沿挂杆的滑动过程中脱轨滑杆。
在一些实施例中，滑杆的径向界面为多边形，可以在实现避免驱动副相对于滑杆发生周向转动的同时，减小用料，犹以滑杆的径向界面为四边形为最佳，但是正在本实施例中，每一组滑杆1-2均由至少两根平行的杆组成，提高运动的稳定性。
本实施例中，基座1为呈六棱柱状，四组滑杆1-2分别连接于基座1的四个侧面上，且基座1的六个侧面中，未连接滑杆1-2的两个侧面相对设置。
本实施例中，基座1的顶部设有安装孔，用于固定在机床上。
本实施例中，套筒2-3-1和第二连杆2-3的轴向夹角为锐角，连接板7-2和接头的连接方式为铰接。
通过四个第一支链和一个第二支链的设计，驱动副为各第一支链上的驱动副与基座组成移动副以及第二支链的第三连杆和基座组成转动副，当驱动副协调运动时，可以带动中间平台实现空间中的三移动和大角度的两转动运动。

Claims (10)

1.一种大转角五自由度并联机构，其特征在于，包括基座(1)、中间平台(7)、四个第一支链和一个第二支链(6)；
所述基座(1)包括固定块(1-1)和四组分别与各第一支链一一对应的滑杆(1-2)，每一组滑杆(1-2)的一端均固定于固定块(1-1)上，
所述中间平台(7)包括两个接头和连接板(7-2)，所述连接板上设有通孔，两个接头分别转动连接于连接板(7-2)的两侧，且所述接头上设有两根连接柱，
所述第一支链包括驱动副(2-1)、第一连杆(2-2)和第二连杆(2-3)，所述驱动副(2-1)套接于对应的一组滑杆(1-2)上，所述第一连杆(2-2)转动连接于驱动副(2-1)上，所述第二连杆(2-3)的一端与第一连杆(2-2)同轴连接组成移动副，另一端上设有套筒(2-3-1)，该套筒(2-3-1)套设于一个连接柱上组成转动副，
所述第二支链(6)包括第三连杆(6-1)、第四连杆(6-3)、第五连杆(6-4)、虎克铰接头(6-6)和动平台(6-7)，所述第三连杆(6-1)的一端虎克铰连接于基座(1)的底部，另一端通过第一十字销(6-2)与第四连杆(6-3)的一端连接组成虎克铰，所述第五连杆(6-4)的与第四连杆(6-3)的另一端同轴连接组成移动副，另一端通过第二十字销(6-5)与虎克铰接头(6-6)连接组成虎克铰，所述动平台(6-7)穿过所述通孔病固定连接于虎克铰接头(6-6)上。
2.根据权利要求1所述的一种大转角五自由度并联机构，其特征在于，所述滑杆(1-2)的另一端设有限位件(1-2-1)。
3.根据权利要求1所述的一种大转角五自由度并联机构，其特征在于，所述滑杆的径向界面为多边形。
4.根据权利要求3所述的一种大转角五自由度并联机构，其特征在于，所述滑杆的径向界面为四边形。
5.根据权利要求1所述的一种大转角五自由度并联机构，其特征在于，每一组滑杆(1-2)均由至少两根平行的杆组成。
6.根据权利要求1所述的一种大转角五自由度并联机构，其特征在于，所述基座(1)为呈六棱柱状，四组滑杆(1-2)分别连接于基座(1)的四个侧面上。
7.根据权利要求6所述的一种大转角五自由度并联机构，其特征在于，所述所述基座(1)的六个侧面中，未连接滑杆(1-2)的两个侧面相对设置。
8.根据权利要求1所述的一种大转角五自由度并联机构，其特征在于，所述基座(1)的顶部设有安装孔。
9.根据权利要求1所述的一种大转角五自由度并联机构，其特征在于，所述套筒(2-3-1)和第二连杆(2-3)的轴向夹角为锐角。
10.根据权利要求1所述的一种大转角五自由度并联机构，其特征在于，所述连接板(7-2)和接头的连接方式为铰接。
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