一种三转动自由度并联机构

摘要

本发明公开了一种三转动自由度并联机构，包括定平台、动平台以及连接定平台与动平台之间的第一分支、第二分支和第三分支；动平台包括上平台、中平台和下平台；第一、二分支内分别设有一组平面平行四边形结构，第一分支内平面平行四边形结构所在平面与第二分支内平面平行四边形结构所在平面相交，中平台、下平台上的四个铰链中心共面，且下平台上两铰链中心连线与中平台上两铰链中心连线的交点通过中平台和下平台之间的转动副的回转轴线；通过三个分支内的主动臂转动，可实现上平台、中平台和下平台的转动，进而实现动平台的三维转动。本发明构造简单，结构紧凑，运动质量小，便于装配，易于控制，可用于机器人关节或机床附件。

主权项

一种三转动自由度并联机构，包括定平台（1）、动平台（2）以及连接所述定平台（1）与动平台（2）之间的第一分支（3）、第二分支（4）和第三分支（5）；其特征在于：所述动平台（2）包括上平台（2a）、中平台（2b）和下平台（2c），所述上平台（2a）与所述中平台（2b）之间通过转动副连接，所述上平台（2a）与所述下平台（2c）之间通过转动副连接，两转动副的回转轴线重合且垂直于所述上平台（2a）、中平台（2b）和下平台（2c）所在的平面；所述第一分支（3）包括一个第一主动臂（3a）和两个等长的第一从动臂（3b、3c），所述第一主动臂（3a）与所述定平台（1）通过转动副连接，且作为主动副为机构提供动力；两个第一从动臂（3b、3c)的一端分别与所述第一主动臂（3a）通过转动副连接，且两个第一从动臂（3b、3c）与第一主动臂（3a）之间转动副的回转轴线同所述第一主动臂（3a）与定平台（1）之间转动副的回转轴线共面平行；两个第一从动臂（3b、3c)的另一端与所述下平台（2c）通过三自由度球铰链或者二自由度虎克铰链连接；第一分支（3）内，所述第一主动臂（3a）、两个第一从动臂（3b、3c）和下平台（2c）构成一组平面平行四边形结构，从而限制下平台（2c）沿所述第一主动臂（3a）上的转动副轴线方向平动；所述第二分支（4）包括一个第二主动臂（4a）和两个等长的第二从动臂（4b、4c），所述第二主动臂（4a）与所述定平台（1）通过转动副连接，且作为主动副为机构提供动力；两个第二从动臂（4b、4c)的一端与所述第二主动臂（4a）通过转动副连接，且两个第二从动臂（4b、4c）与第二主动臂（4a）之间转动副的回转轴线同所述第二主动臂（4a）与定平台（1）之间转动副的回转轴线共面平行；所述第二从动臂（4b、4c)的另一端与所述中平台（2b）通过三自由度球铰链或者二自由度虎克铰链连接；第二分支（4）内，所述第二主动臂（4a）、两个第二从动臂（4b、4c）和中平台（2b）构成一组平面平行四边形结构，从而限制中平台（2b）沿所述第二主动臂（4a）上的转动副轴线方向平动；所述第三分支（5）包括一个第三主动臂（5a），所述第三主动臂（5a）的一端与所述定平台（1）通过转动副连接，并作为主动副为机构提供动力；所述第三主动臂（5a）的另一端与所述上平台（2a）通过二自由度虎克铰链连接；所述第一分支（3）内平面平行四边形结构所在平面与所述第二分支（4）内平面平行四边形结构所在平面相交，所述中平台（2b）、下平台（2c）上的四个铰链中心共面，且所述下平台（2c）上两铰链中心连线与所述中平台（2b）上两铰链中心连线的交点通过所述中平台（2b）和下平台（2c）之间的转动副的回转轴线；受到第一分支（3）和第二分支（4）内的平面平行四边形结构的限制，所述下平台（2c）上两铰链中心连线与中平台 （2b）上两铰链中心连线的交点位置是固定的；所述第三分支（5）内的二自由度虎克铰链中心同所述下平台（2c）上两铰链中心连线与所述中平台（2b）上两铰链中心连线的交点重合；通过第一分支（3）内第一主动臂（3a）、第二分支（4）内第二主动臂（4a）和第三分支（5）内第三主动臂（5a）的转动，可实现上平台（2a）、中平台（2b）和下平台（2c）的转动，进而实现动平台（2）的三维转动。