专利名称：二自由度球面空间运动并联机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实现球面空间运动的二自由度球面空间运动并联机构。属于工业机器人和机械制造领域。
背景技术：
在一些工业场合，如汽车变速箱试验台上对变速箱自动换档，需要控制操作点在定直径的球面上运动。由于点的轨迹分布在三维的空间球面上，采用通常的二自由度平面机构难以实现操作点的位置控制。
并联机构由2～6自由度多环闭合运动链构成，各运动链间及运动链中运动副与杆件的适当组合可以构造出结构简单的空间运动机构。目前，并联机构已被应用于工业机器人、数控机床、运动模拟器等方面。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术的缺陷，提供一种结构简单、可实现球面空间运动的二自由度球面空间运动并联机构。
实现上述发明目的采用以下技术方案一种二自由度球面空间运动并联机构，包括驱动电机、伸缩杆、机座、动平台和运动支链。其结构要点是每条运动支链连接于机座与动平台之间，其中两条支链为可控伸缩杆构成的主动支链，另一个支链为固定长度杆构成的从动支链，每条支链一端用铰链与机座联接，另一端与动平台相接。三条运动链之一与动平台固接，另外两条运动链与动平台用球铰链联接。
主动支链与机座间采用具有二转动自由度的铰链(如虎克铰)联接，从动支链与机座间采用具有二转动自由度或三转动自由度的铰链联接。
所述的可控伸缩杆由电机、套筒和滑杆构成。电机装在套筒上，并通过传动机构(如滚珠丝杠)驱动滑杆相对套筒沿轴向移动，从而控制伸缩杆的长度。套筒与滑杆间无相对转动。
由于采用了上述技术方案，通过改变两个主动支链可控伸缩杆的长度，可以控制动平台的空间位置，动平台上与从动杆末端重合点的运动轨迹为球面，该球面以联接从动杆和机座的铰链中心为球心。该机构结构简单，采用本发明可实现操作点的空间位置控制，使机器人的结构更加简化。
图1是本发明可实现二自由度球面空间运动的并联机器人机构实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意中，驱动电机1，虎克铰2，套筒3，伸缩杆4，滑杆5，机座6，从动杆7，球铰8，驱动电机9，虎克铰10，套筒11，伸缩杆12，滑杆13，球铰14，动平台15，球铰16，驱动电机17，虎克铰18，套筒19，伸缩杆20，滑杆21，动平台22，球铰23，从动杆24，球铰25，机座26。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施方式
对本发明做进一步的描述。
本发明由机座6、动平台15、两条主动支链和一条从动支链等组成。具体实施例如下实施例1参见附图1，驱动电机1、套筒3、滑杆5和动平台15构成第一条主动支链。该主动支链中，滑杆5安装在套筒3内构成伸缩杆4，滑杆5与套筒3间可沿轴向相对移动，但不可相对转动。驱动电机1安装在套筒3上，驱动电机1通过传动机构驱动滑杆5沿套筒3轴向移动，以控制伸缩杆4的长度。动平台15与滑杆5固接在一起。套筒3通过虎克铰2与机座6相联接。
驱动电机9、套筒11和滑杆13构成第二条主动支链。该支链中，滑杆13安装在套筒11内构成伸缩杆12，滑杆13与套筒11间可沿轴向相对移动，但不可相对转动。驱动电机9通过传动机构驱动滑杆13沿套筒11轴向移动，以控制伸缩杆12的长度。套筒11通过虎克铰10与机座6相联接。
固定长度的从动杆7构成从动支链。从动杆7与机座6之间通过球铰8联接，从动杆7与动平台15之间通过球铰16联接。
通过改变两个主动支链伸缩杆4和12的长度可以控制从动杆7的末端点的位置，该点的位置轨迹分布在一个以球铰8为球心，以从动杆7长度为半径的球面上。
实施例2如图2所示，机构由机座、动平台、两条主动支链和一条从动支链构成。其中两条主动支链结构相同。
驱动电机17、套筒19和滑杆21构成主动支链。该支链中，滑杆21安装在套筒19内形成伸缩杆20，滑杆21与套筒19间可沿轴向相对移动，但不可相对转动。驱动电机17通过传动机构驱动滑杆21沿套筒19轴向移动，以控制伸缩杆20的长度。套筒19通过虎克铰18与机座26相联接，滑杆21通过球铰23与动平台22相联接。
固定长度的从动杆24构成从动支链。从动杆24与动平台22固接，从动杆24与机座26之间通过球铰25联接。
通过改变两个主动支链伸缩杆20的长度可以控制动平台22的空间位置，动平台上各点运动轨迹均为以球铰25为球心的球面。
权利要求
1.一种二自由度球面空间运动并联机构，包括驱动电机、伸缩杆、机座、动平台和运动支链。其特征在于每条运动支链连接于机座与动平台之间，其中两条支链为可控伸缩杆构成的主动支链，另一条支链为固定长度杆构成的从动支链，每条支链一端用铰链与机座联接，另一端与动平台相接。
2.根据权利要求1所述的二自由度球面空间运动并联机构，其特征在于所述的运动支链为三条，其中一条运动支链与动平台固接，另外两条运动支链用球铰链与动平台联接。
3.根据权利要求1所述的二自由度球面空间运动并联机构，其特征在于所述的主动支链与机座间采用具有二转动自由度的铰链联接，从动支链与机座间采用二转动自由度或三转动自由度铰链联接。
4.根据权利要求1所述的二自由度球面空间运动并联机构，其特征在于所述的可控伸缩杆由驱动电机、套筒和滑杆组成，通过传动机构驱动滑杆相对套筒沿轴向移动的驱动电机装在套筒上。
全文摘要
一种二自由度球面空间运动并联机构，属于工业机器人和机械制造领域。包括驱动电机、伸缩杆、机座、动平台和运动支链。每条运动支链连接于机座与动平台之间，其中两条支链为可控伸缩杆构成的主动支链，另一条支链为固定长度杆构成的从动支链，每条支链一端用铰链与机座联接，另一端与动平台相接。三条运动链之一与动平台固接，另外两条运动链与动平台用球铰链联接。通过改变两个主动支链可控伸缩杆的长度，可以控制动平台的空间位置，动平台上与从动杆末端重合点的运动轨迹为球面。该机构结构简单，采用本发明可实现操作点的空间位置控制，使机器人的结构更加简化。
文档编号B23Q1/48GK1785606SQ20051004817
公开日2006年6月14日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者李占贤, 黄金凤, 路春光, 王家金 申请人:河北理工大学