一种带偏心力矩卸载装置的二自由度并联转动平台的制作方法

本发明涉及机器人领域，具体地说是一种带偏心力矩卸载装置的二自由度并联转动平台。

背景技术：

目前，并联转动平台因其承载能力强、刚度大、精度高、结构紧凑、系统动态响应好以及累计误差小等特点，在数控机床、微动操作台、运动模拟器以及多维力传感器等行业领域获得广泛应用，并联转动平台在重载的工况下，增大其承载能力的方式主要有三种，一是选用承载能力大的驱动分支，此方式最易于实现，但会导致整体结构尺寸增加；二是增加卸载装置，此方式卸载效果最为明显，会使整体结构更加复杂；三是改进并联转动平台自身结构实现对负载的有效卸载，此方式可在保证结构尺寸不变的前提下实现对负载的有效卸载，同样存在着结构复杂的问题。

中国专利文献cn110450137a所公开的一种部分解耦的二自由度转动并联机构，包括动平台、静平台和分别固连在动平台和静平台之间的第一主支链和第二主支链，该机构有两个自由度,动平台可实现两个方向的转动，且有一个转动方向运动部分解耦；机构由两个主运动分支构成，刚度高，体积比小；机构的运动学正反解较简单，具有良好的运动学性能和较高的灵活性，精度高，误差小。该结构只有一个方向解耦，运动控制仍较为复杂。

中国专利文献cn104534244a所公开的一种基于差动原理的二自由度并联转动平台，包括有a锥齿轮、b锥齿轮、固定负载组件、l形支架、支撑组件、第一驱动组件、第二驱动组件。此转台基于差动原理可实现负载的旋转和俯仰运动；整个转台有整体体积小、惯量小、转动速度高的特点。该并联机构基于差动原理实现两方向的运动，承载能力和结构刚度有待进一步提高。

中国专利文献cn107363821a所公开的一种卸载式串并混联多自由度调姿平台，包括定平台、动平台、ups驱动分支、卸载装置、翻转台和驱动装置。该调姿平台在传统并联平台的基础上，设置了以钢丝绳为主体的卸载装置，承载能力在很大程度上得到提高，但该调姿平台结构较为复杂。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种带偏心力矩卸载装置的二自由度并联转动平台。本发明采用的技术手段如下：

一种带偏心力矩卸载装置的二自由度并联转动平台，包括定平台，所述定平台的上方设有动平台，所述定平台的中心固定安装有支撑支链，所述支撑支链的顶端与所述动平台的中心铰接；所述定平台围绕所述支撑支链的轴线均匀有两个驱动支链和两个辅助支链，且两个所述驱动支链相临设置；所述驱动支链用于驱动所述动平台的外沿上下运动；所述驱动支链的底端与所述定平台铰接，所述驱动支链的顶端与所述动平台铰接；

所述辅助支链包括拉-压弹簧装置，所述拉-压弹簧装置包括下支撑杆，所述下支撑杆的底端与所述定平台铰接，所述下支撑杆上套设有与所述下支撑杆活动连接的环形套，所述下支撑杆的顶部固定有径向锁紧螺母，所述径向锁紧螺母与所述环形套之间安装有套设在所述下支撑杆上的上压簧，所述环形套与加工在所述下支撑杆底部的轴肩凸起之间设有套设在所述下支撑杆之间的下压簧，所述环形套的外壁上通过多根连接柱与设置在所述下支撑杆上方的上支撑杆的底部固定连接；所述上支撑杆的顶部与所述动平台铰接。

驱动支链本发明提供了两种技术方案，

方案一：所述驱动支链包括固定在所述定平台上的伺服电机，所述伺服电机的输出端与减速机的输入端连接，所述减速机的输出端通过轴承座与传动轴的一端连接，且所述减速机的输出端的轴线与所述传动轴的轴线重合，所述传动轴上连接有与所述传动轴转动连接的连杆，且所述连杆远离所述传动轴的一端与立柱的底端铰接，所述连杆的轴线垂直于所述传动轴的轴线，所述立柱的顶端与所述动平台铰接。

方案二：所述驱动支链包括电动缸，所述电动缸的输出端向上设置，且所述电动缸的输出端与所述动平台铰接，所述电动缸的固定端与所述定平台铰接。

进一步地，所述辅助支链的顶端和所述驱动支链的顶端均通过球铰与所述动平台铰接，所述球铰包括与所述辅助支链顶端或所述驱动支链顶端转动连接的球铰第一支座，所述球铰第一支座的上方设有球铰第二支座，所述球铰第二支座呈倒置的u形，所述球铰第二支座的顶部与所述动平台的下表面固定连接，所述球铰第二支座的两侧壁之间设有球铰第一转轴，且所述球铰第一转轴的两端通过设置在所述球铰第二支座侧壁上的球铰轴承与所述球铰第二支座转动连接，所述球铰第一支座的顶端通过径向穿过所述球铰第一转轴中部的球铰第二转轴与所述球铰第一转轴转动连接。所述辅助支链的顶端和所述驱动支链的顶端均加工有多级台阶孔，且所述球铰第一支座的底部加工有与所述多级台阶孔相匹配的多级台阶，所述多级台阶进入所述多级台阶孔内与所述多级台阶孔转动连接。

进一步地，所述支撑支链的顶端通过虎克铰ⅰ与所述动平台的下表面中心铰接，所述虎克铰ⅰ包括与所述支撑支链顶端固定连接的虎克铰第一支座ⅰ，所述虎克铰第一支座ⅰ的上方设有虎克铰第二支座ⅰ，且所述虎克铰第二支座ⅰ呈倒置的u形，所述虎克铰第二支座ⅰ的顶部与所述动平台下表面固定连接，所述虎克铰第二支座ⅰ的两侧壁之间设有虎克铰第一转轴ⅰ，且所述虎克铰第一转轴ⅰ的两端通过设置在所述虎克铰第二支座ⅰ两侧壁上的虎克铰轴承ⅰ与所述虎克铰第二支座ⅰ转动连接，所述虎克铰第一支座ⅰ的顶端通过径向穿过所述虎克铰第一转轴ⅰ中部的虎克铰第二转轴ⅰ与所述虎克铰第一转轴ⅰ转动连接。

进一步地，所述电动缸的固定端通过虎克铰ⅱ与所述定平台的上表面铰接，所述虎克铰ⅱ包括与所述电动缸的固定端底部固定连接的虎克铰第一支座ⅱ，所述虎克铰第一支座ⅱ的下方设有虎克铰第二支座ⅱ，且所述虎克铰第二支座ⅱ呈u形，所述虎克铰第二支座ⅱ的底部与所述定平台上表面固定连接，所述虎克铰第二支座ⅱ的两侧壁之间设有虎克铰第一转轴ⅱ，且所述虎克铰第一转轴ⅱ的两端通过设置在所述虎克铰第二支座ⅱ两侧壁上的虎克铰轴承ⅱ与所述虎克铰第二支座ⅱ转动连接，所述虎克铰第一支座ⅱ的底端通过径向穿过所述虎克铰第一转轴ⅱ中部的虎克铰第二转轴ⅱ与所述虎克铰第一转轴ⅱ转动连接。

进一步地，所述连杆通过虎克铰ⅲ与所述立柱铰接，所述虎克铰ⅲ包括虎克铰第一支座ⅲ，所述虎克铰第一支座ⅲ呈u形，且所述虎克铰第一支座ⅲ的两侧壁上分别设有虎克铰轴承ⅲ，t形轴的长轴两端分别与所述虎克铰轴承ⅲ转动连接，且所述t形轴的短轴上通过螺纹配合固定有连接法兰，所述连接法兰与所述立柱的底端固定连接，所述虎克铰第一支座ⅲ的u底上固定有转动轴，且所述转动轴与所述连杆转动连接，所述转动轴的轴线与所述连杆的轴线垂直。

本发明具有以下优点：

1、在传统转动平台的基础上，增设辅助支链，辅助支链中的拉-压弹簧装置能有效降低偏心载荷，大幅度提高转动平台的承载能力。

2、支撑支链、驱动支链以及辅助支链末端的球铰中心保持在同一平面内，两驱动支链完全解耦，易于控制。

基于上述理由本发明可在转动平台等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中一种带偏心力矩卸载装置的二自由度并联转动平台结构示意图。

图2是本发明实施例1和实施例2中支撑支链结构示意图。

图3是本发明实施例1和实施例2中辅助支链结构示意图。

图4是本发明实施例1和实施例2中拉-压弹簧装置结构示意图

图5是本发明实施例1和实施例2中球铰结构示意图。

图6是本发明实施例1中驱动支链结构示意图。

图7是本发明实施例1中虎克铰ⅰ结构示意图。

图8是本发明实施例1中虎克铰ⅲ结构示意图。

图9是本发明实施例2中一种带偏心力矩卸载装置的二自由度并联转动平台结构示意图。

图10是本发明实施例2中驱动支链结构示意图。

图11是本发明实施例2中虎克铰ⅱ结构示意图。

图中：1、定平台；2、动平台；3、支撑支链；4(4`)、驱动支链；401、伺服电机；402、减速机；403、轴承座；404、传动轴；405、连杆；406、立柱；407、电动缸；5、辅助支链；6、拉-压弹簧装置；601、下支撑杆；602、环形套；603、锁紧螺母；604、上压簧；605、下压簧；606、连接柱；607、上支撑杆；7、球铰；701、球铰第一支座；702、球铰第二支座；703、球铰第一转轴；704、球铰轴承；705、球铰轴承端盖；706、球铰第二转轴；707、多级台阶；8、虎克铰ⅰ；801、虎克铰第一支座ⅰ；802、虎克铰第二支座ⅰ；803、虎克铰第一转轴ⅰ；804、虎克铰轴承ⅰ；805、虎克铰轴承端盖ⅰ；806、虎克铰第二转轴ⅰ；9、虎克铰ⅲ；901、虎克铰第一支座ⅲ；902、虎克铰轴承ⅲ；903、虎克铰轴承端盖ⅲ；904、t型轴；905、连接法兰；906、转动轴；10、虎克铰ⅱ；1001、虎克铰第一支座ⅱ；1002、虎克铰第二支座ⅱ；1003、虎克铰第一转轴ⅱ；1004、虎克铰轴承ⅱ；1005、虎克铰轴承端盖ⅱ；1006、虎克铰第二转轴ⅱ。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-8所示，一种带偏心力矩卸载装置的二自由度并联转动平台，包括定平台1，所述定平台1的上方设有动平台2，所述定平台1的中心固定安装有支撑支链3，所述支撑支链3的顶端与所述动平台2的中心铰接；所述定平台1围绕所述支撑支链3的轴线均匀有两个驱动支链4和两个辅助支链5，且两个所述驱动支链4相临设置；所述驱动支链4用于驱动所述动平台2的外沿上下运动；所述驱动支链4的底端与所述定平台1铰接，所述驱动支链4的顶端与所述动平台2铰接；

所述辅助支链5包括拉-压弹簧装置6，所述拉-压弹簧装置6包括下支撑杆601，所述下支撑杆601的底端与所述定平台1铰接，所述下支撑杆601上套设有与所述下支撑杆601活动连接的环形套602，所述下支撑杆601的顶部固定有径向锁紧螺母603，所述径向锁紧螺母603与所述环形套602之间安装有套设在所述下支撑杆601上的上压簧604，所述环形套602与加工在所述下支撑杆601底部的轴肩凸起之间设有套设在所述下支撑杆601之间的下压簧605，所述环形套602的外壁上通过多根连接柱606与设置在所述下支撑杆601上方的上支撑杆607的底部固定连接；所述上支撑杆607的顶部与所述动平台2铰接。

所述驱动支链4包括固定在所述定平台1上的伺服电机401，所述伺服电机401的输出端与减速机402的输入端连接，所述减速机402的输出端通过轴承座403与传动轴404的一端连接，且所述减速机402的输出端的轴线与传动轴404的轴线重合，所述传动轴404上连接有与所述传动轴404转动连接的连杆405，且所述连杆405远离所述传动轴404的一端与立柱406的底端铰接，所述连杆405的轴线垂直于所述传动轴404的轴线，所述立柱406的顶端与所述动平台2铰接。

所述辅助支链5的顶端和所述驱动支链4的顶端均通过球铰7与所述动平台2铰接，所述球铰7包括与所述辅助支链5顶端或所述驱动支链4顶端转动连接的球铰第一支座701，所述球铰第一支座701的上方设有球铰第二支座702，所述球铰第二支座702呈倒置的u形，所述球铰第二支座702的顶部与所述动平台2的下表面固定连接，所述球铰第二支座702的两侧壁之间设有球铰第一转轴703，且所述球铰第一转轴703的两端通过设置在所述球铰第二支座侧壁702上的球铰轴承704和球铰轴承端盖705与所述球铰第二支座702转动连接，所述球铰第一支座701的顶端通过径向穿过所述球铰第一转轴703中部的球铰第二转轴706与所述球铰第一转轴703转动连接。所述辅助支链5的顶端和所述驱动支链4的顶端均加工有多级台阶孔，且所述球铰第一支座701的底部加工有与所述多级台阶孔相匹配的多级台阶707，所述多级台阶707进入所述多级台阶孔内与所述多级台阶孔转动连接。

所述支撑支链3的顶端通过虎克铰ⅰ8与所述动平台2的下表面中心铰接，所述虎克铰ⅰ8包括与所述支撑支链3顶端固定连接的虎克铰第一支座ⅰ801，所述虎克铰第一支座ⅰ801的上方设有虎克铰第二支座ⅰ802，且所述虎克铰第二支座ⅰ802呈倒置的u形，所述虎克铰第二支座ⅰ802的顶部与所述动平台2下表面固定连接，所述虎克铰第二支座ⅰ802的两侧壁之间设有虎克铰第一转轴ⅰ803，且所述虎克铰第一转轴ⅰ803的两端通过设置在所述虎克铰第二支座ⅰ802两侧壁上的虎克铰轴承ⅰ804和虎克铰轴承端盖ⅰ805与所述虎克铰第二支座ⅰ802转动连接，所述虎克铰第一支座ⅰ801的顶端通过径向穿过所述虎克铰第一转轴ⅰ803中部的虎克铰第二转轴ⅰ806与所述虎克铰第一转轴ⅰ803转动连接。

所述连杆405通过虎克铰ⅲ9与所述立柱406铰接，所述虎克铰ⅲ9包括虎克铰第一支座ⅲ901，所述虎克铰第一支座ⅲ901呈u形，且所述虎克铰第一支座ⅲ901的两侧壁上分别设有虎克铰轴承ⅲ902和虎克铰轴承端盖ⅲ903，t形轴904的长轴两端分别与所述虎克铰轴承ⅲ902转动连接，且所述t形轴904的短轴上通过螺纹配合固定有连接法兰905，所述连接法兰905与所述立柱406的底端固定连接，所述虎克铰第一支座ⅲ901的u底上固定有转动轴906，且所述转动轴906与所述连杆405转动连接，所述转动轴906的轴线与所述连杆405的轴线垂直。

实施例2

如图2～5和图9～11所示，一种带偏心力矩卸载装置的二自由度并联转动平台。本实施例与实施例1的不同之处在于：所述驱动支链4`包括电动缸407，所述电动缸407的输出端向上设置，且所述电动缸407的输出端与所述动平台2铰接，所述电动缸407的固定端与所述定平台1铰接。

所述电动缸407的固定端通过虎克铰ⅱ10与所述定平台1的上表面铰接，所述虎克铰ⅱ10包括与所述电动缸407的固定端底部固定连接的虎克铰第一支座ⅱ1001，所述虎克铰第一支座ⅱ1001的下方设有虎克铰第二支座ⅱ1002，且所述虎克铰第二支座ⅱ1002呈u形，所述虎克铰第二支座ⅱ1002的底部与所述定平台1上表面固定连接，所述虎克铰第二支座ⅱ1002的两侧壁之间设有虎克铰第一转轴ⅱ1003，且所述虎克铰第一转轴ⅱ1003的两端通过设置在所述虎克铰第二支座ⅱ1002两侧壁上的虎克铰轴承ⅱ1004和虎克铰轴承端盖ⅱ1005与所述虎克铰第二支座ⅱ1002转动连接，所述虎克铰第一支座ⅱ1001的底端通过径向穿过所述虎克铰第一转轴ⅱ1003中部的虎克铰第二转轴ⅱ1006与所述虎克铰第一转轴ⅱ1003转动连接。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。