一种全转动副面对称两移动两转动并联机构
阅读说明：本技术 一种全转动副面对称两移动两转动并联机构 (Full-rotation pair plane symmetric two-movement two-rotation parallel mechanism ) 是由 车林仙 蒋海义 林雪冬 宋泽良 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本方案属于并联机构领域,具体涉及一种全转动副面对称两移动两转动并联机构。包括动平台、定平台和四条支链,所述四条支链包括第一支链、第二支链、第三支链和第四支链,所述动平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与定平台连接；所述并联结构为面对称结构,所述动平台和定平台均为矩形；所述第一支链和第二支链结构相同,所述第一支链包括依次连接的转动副R-(11)、虎克铰U-(1)、4R平行四边形广义移动副P-(a14)和转动副R-(15),本机构为全转动副并联机构,整体机构中均不含移动副和球铰,因此耐磨性较好,使用寿命长。(This scheme belongs to the parallel mechanism field, concretely relates to two rotation parallel mechanism that remove of full revolute pair face symmetry. The four branched chains comprise a first branched chain, a second branched chain, a third branched chain and a fourth branched chain, and the movable platform is connected with the fixed platform through the first branched chain, the second branched chain, the third branched chain and the fourth branched chain respectively; the parallel structure is a plane symmetrical structure, and the movable platform and the fixed platform are both rectangular; the first branched chain and the second branched chain have the same structure, and the first branched chain comprises revolute pairs R which are sequentially connected 11 Hooke joint U 1 4R parallelogram generalized moving pair P a14 And a revolute pair R 15 The mechanism is a full-revolute pair parallel mechanism, and the whole mechanism does not contain a moving pair and a spherical hinge, so that the wear resistance is better, and the service life is long.)
技术领域
本方案属于并联机构领域，具体涉及一种全转动副面对称两移动两转动并联机构。
背景技术
并联机器人机构是由动平台、定平台以及联接两平台的若干条支链组成(支链数≥2)。相对于串联机构，并联机构具有承载能力强、精度高、刚度大、速度响应快和自重负荷比小等优点。并联机器人机构广泛应用在工业机器人、并联机床、医疗机器人、微操作机器人、飞行模拟器等领域。
申请号为CN201910372150.8的专利公开了一种具有球面转动运动副的RPR型并联机构，包括有动平台和定平台，动平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与定平台连接；第一支链包括有依次连接的球副S11、第一连杆、移动副P12、第二连杆及球副S13，球副S11还与定平台连接，球副S13还与动平台连接；移动副P12连接有液压驱动电机。第二支链包括有依次连接的球副S21、第三连杆、移动副P22、第四连杆及球副S23，球副S21还与定平台连接，球副S23还与动平台连接；移动副P22连接有液压驱动电机。第三支链包括有依次连接的球副S31、第五连杆、移动副P32、第六连杆、球副S32，球副S31还与定平台连接，球副S32还与动平台连接；移动副P32连接有液压驱动电机。第四支链包括有依次连接的转动副R46、第十连杆、移动副P45及第九Y形连杆，第九Y形连杆包括有直杆，直杆的一端与移动副P45相连，直杆的另一端设有两个叉杆，两个叉杆分别连接有第五子支链及第六子支链，第五子支链及所述第六子支链还分别与定平台连接；转动副R46还与动平台连接。第五子支链包括有依次连接的转动副R41、第七连杆及转动副R43，转动副R41还与定平台连接；第六子支链包括有依次连接的转动副R42、第八连杆及转动副R44，转动副R42还与定平台连接；转动副R43与第九Y形连杆中的一个叉杆连接，转动副R44与所述第九Y形连杆中的另一个叉杆连接。
该方案具有一维球面转动自由度(Rs)和一维移动自由度(P)，一维转动自由度(R)；丰富了现有机构2R1T(两转动和一移动)的构型，该机构可实现特殊的空间二维转动和一维移动，但是该并联结构含有多个球副和移动副，在实际运用过程中，机器人总是重复操作同一动作，长时间持续操作容易对并联机构造成磨损，进而导致其使用寿命降低。
发明内容
本方案提供一种耐磨性好的全转动副面对称两移动两转动并联机构。
为了达到上述目的，本方案提供一种全转动副面对称两移动两转动并联机构，包括动平台、定平台和四条支链，所述四条支链包括第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，所述动平台分别通过第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与定平台连接；所述并联结构为面对称结构，所述动平台和定平台均为矩形；
所述第一支链和第二支链结构相同，所述第一支链包括依次连接的转动副R11、虎克铰U1、4R平行四边形广义移动副Pa14和转动副R15，所述虎克铰U1和转动副R15的中心分别为点A1、C1和B1。虎克铰U1等效为两个轴线垂直相交于点C1的转动副R12和转动副R13，所述转动副R11与转动副R12相平行，所述转动副R14与转动副R15相平行，4R平行四边形广义移动副Pa14中4个R副垂直于R14和R15；
所述第二支链包括依次连接的转动副R21、虎克铰U2、4R平行四边形广义移动副Pa24和转动副R25，所述虎克铰U1和转动副R15的中心分别为点A1、C1和B1。虎克铰U2等效为两个轴线垂直相交于点C2的转动副R22和转动副R23，所述转动副R21与转动副R22相平行，所述转动副R24与转动副R25相平行，4R平行四边形广义移动副Pa24中4个R副垂直于R24和R25；
所述第三支链和第四支链的结构相同，所述第三支链包括依次连接的转动副R31、转动副R32和虎克铰U3，所述转动副R32和虎克铰U3的中心分别为点A3、C3和B3，虎克铰U3等效为两个轴线垂直相交于点B3的转动副R33和转动副R34，且所述转动副R31、转动副R32、转动副R33相互平行。所述第四支链包括依次连接的转动副R41、转动副R42和虎克铰U4，所述转动副R42和虎克铰U4的中心分别为点A4、C4和B4，虎克铰U4等效为两个轴线垂直相交于点B4的转动副R43和转动副R44，且所述转动副R41、转动副R42、转动副R43相互平行；
所述转动副R11、转动副R21、转动副R31和转动副R41分别与定平台相连接，所述转动副R11和转动副R41共轴线，转动副R21和转动副R31共轴线，所述转动副R11与转动副R21相平行，所述转动副R15、转动副R25、转动副R34和转动副R44分别与动平台相联接，且所述转动副R15和转动副R25共轴线，所述转动副R34和转动副R44共轴线，所述转动副R15与R44相平行；
与所述定平台连接的转动副R11、转动副R21、转动副R31和转动副R41均为驱动副，所述转动副R11、转动副R21、转动副R31和转动副R41分别依次连接有驱动臂L11、驱动臂L21、驱动臂L31和驱动臂L41，所述驱动臂L11、驱动臂L21、驱动臂L31和驱动臂L41分别通过虎克铰U1、虎克铰U2、转动副R32和转动副R42依次连接有从动臂L12、从动臂L22、从动臂L32、从动臂L42；所述从动臂L12、从动臂L22、从动臂L32、从动臂L42分别依次与转动副R15、转动副R25、转动副R34和转动副R44连接。
进一步，所述第一支链和第二支链均为5自由度支链，其方位特征矩阵为：
式中，Mbi表示支链i的方位特征矩阵；t和r分别表示移动和转动自由度，右上标表示自由度数；t3表示具有3移动自由度(为空间完全移动自由度)；◇(Ri2,Ri3)表示Ri2和Ri3两相交轴线所确定的平面；r2(∥◇(Ri2,Ri3))表示具有2转动自由度，且2条转轴平行于◇(Ri2,Ri3)。
进一步，所述第三支链和第四支链均为4自由度支链，其方位特征矩阵为：
式中，t2(⊥Ri1)表示具有2个移动自由度，且其方向垂直于Ri1的轴线(Ri1//Y轴)。
本方案的有益效果：本机构为全转动副并联机构，整体机构中均不含移动副和球铰，因此耐磨性较好，使用寿命长，此外实现了动平台在空间的运动，具有结构紧凑控制简单的优点，机构运动惯量小，动力学性能好，该机构可用于粮食茶叶等农作物筛分装置、冶金食品振动筛、减震器、理疗康复装置等使用更频繁的场合。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例2的转动副R15/R25/R34/R44与润滑机构的连接结构示意图。
图3为本发明实施例2的转动副的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的标记包括：第一支链1、第二支链2、第三支链3、第四支链4、气缸5、润滑油缸6、进油管7、出油管8、出油孔9、构件A1、构件B1、通道10、溢出孔11、链条12。
实施例基本如附图1所示：
一种全转动副面对称两移动两转动并联机构，包括动平台、定平台和四条支链，
在定平台上建立坐标系OXYZ，点O为A3A4的中点，X轴沿OA4方向，Z轴垂直于定平台平面，定平台为四个坐标点为A1A2A3A4的矩形，A1A2和A3A4的边长均为a1，A1A4和A2A3的边长均为a2。
在动平台上建立坐标系oxyz，点o为B3B4的中点，x轴沿OB4方向，z轴垂直于动平台平面，动平台为四个坐标点为B1B2B3B4的矩形，B1B2和B3B4的边长均为b1，B1B4和B2B3的边长均为b2。
四条支链包括第一支链1、第二支链2、第三支链3和第四支链4，动平台B1B2B3B4分别通过第一支链1、第二支链2、第三支链3、第四支链4与定平台A1A2A3A4连接；并联结构为面对称结构，第一支链1和第二支链2结构相同，第三支链3和第四支链4的结构相同。
第一支链1包括依次连接的转动副R11、虎克铰U1、4R平行四边形广义移动副Pa14和转动副R15，虎克铰U1和转动副R15的中心分别为点A1、C1和B1。虎克铰U1等效为两个轴线垂直相交于点C1的转动副R12和转动副R13，转动副R11与转动副R12相平行，转动副R14与转动副R15相平行，Pa14副中4个R副垂直于R14和R15。
第二支链2包括依次连接的转动副R21、虎克铰U2、4R平行四边形广义移动副Pa24和转动副R25，虎克铰U1和转动副R15的中心分别为点A1、C1和B1。虎克铰U2等效为两个轴线垂直相交于点C2的转动副R22和转动副R23，转动副R21与转动副R22相平行，转动副R24与转动副R25相平行，Pa24副中4个R副垂直于R24和R25。
第一支链1和第二支链2均为5自由度支链，其方位特征矩阵为
式中，Mbi表示支链i的方位特征矩阵；t和r分别表示移动和转动自由度，右上标表示自由度数；t3表示具有3移动自由度(为空间完全移动自由度)；◇(Ri2,Ri3)表示Ri2和Ri3两相交轴线所确定的平面；r2(∥◇(Ri2,Ri3))表示具有2转动自由度，且2条转轴平行于◇(Ri2,Ri3)。
第三支链3包括依次连接的转动副R31、转动副R32和虎克铰U3，转动副R32和虎克铰U3的中心分别为点A3、C3和B3，虎克铰U3等效为两个轴线垂直相交于点B3的转动副R33和转动副R34，且转动副R31、转动副R32、转动副R33相互平行。
第四支链4包括依次连接的转动副R41、转动副R42和虎克铰U4，转动副R42和虎克铰U4的中心分别为点A4、C4和B4，虎克铰U4等效为两个轴线垂直相交于点B4的转动副R43和转动副R44，且转动副R41、转动副R42、转动副R43相互平行；
第三支链3和第四支链4均为4自由度支链，其方位特征矩阵为
式中，t2(⊥Ri1)表示具有2个移动自由度，且其方向垂直于Ri1的轴线(Ri1//Y轴)，即在OXZ面内移动。
由于并联机构的方位特征矩阵为各支链方位特征矩阵的交集，
因
那么t2(⊥R31),t2(⊥R41)与t3的交集为t2(⊥R31)；
又因R12//R22//R33//R43，R13//R23//R34(＝R44)，R12⊥R13，那么r2(∥◇(R12,R13))＝r2(∥◇(R22,R23))＝r2(∥◇(R33,R34))＝r2(∥◇(R43,R43))，
即r2(∥◇(R12,R13)),r2(∥◇(R22,R23)),r2(∥◇(R33,R34))和r2(∥◇(R43,R43))的交集为r2(∥◇(R33,R34))。
故机构的方位特征矩阵为
式中，MPa表示并联机构的方位特征矩阵。
上式表明，2RUPaR-2RRU并联机构具有4自由度(2移动和2转动)，其中，2移动自由度位于OXZ面内，2转动自由度的转轴平行于◇(R33,R34)。
转动副R11、转动副R21、转动副R31和转动副R41分别与定平台相连接，转动副R11和转动副R41共轴线，转动副R21和转动副R31共轴线，转动副R11与转动副R21相平行，转动副R15、转动副R25、转动副R34和转动副R44分别与动平台相联接，且转动副R15和转动副R25共轴线，转动副R34和转动副R44共轴线，转动副R15与R44相平行；
与定平台连接的转动副R11、转动副R21、转动副R31和转动副R41均为驱动副，转动副R11、转动副R21、转动副R31和转动副R41的角位移分别为θ1、θ2、θ3和θ4。
转动副R11、转动副R21、转动副R31和转动副R41分别依次连接有驱动臂L11、驱动臂L21、驱动臂L31和驱动臂L41，驱动臂L11、驱动臂L21、驱动臂L31和驱动臂L41分别通过虎克铰U1、虎克铰U2、转动副R32和转动副R42依次连接有从动臂L12、从动臂L22、从动臂L32、从动臂L42；从动臂L12、从动臂L22、从动臂L32、从动臂L42分别依次与转动副R15、转动副R25、转动副R34和转动副R44连接。
实施例2：
本实施例与实施例1不同之处在于，如附图2-3所示，还包括设置在定平台上的润滑机构，润滑机构包括气缸5和润滑油缸6，气缸5上设有进油管7和出油管8，进油管7内设有进油单向阀，出油管8内设有出油单向阀，进油管7与润滑油缸6连通，出油管8的端口设有出油孔9。
润滑机构设有两个，分别与转动副R15和R25相对应设置，且润滑机构不会妨碍动平台和支链运动。转动副包括绕公共轴线作相对转动的构件A1和构件B1，构件B1转动设在构件A1内，构件A1上设有通道10，通道10上端为进油孔，进油孔与出油孔9间歇性对齐，通道10下端与构件B1接触，构件A1上还设有溢出孔11，溢出孔11与通道10连通。
转动副R15/R25上均设有链条12，链条12分别与转动副R15/转动副R25对应的气缸5的活塞杆连接，转动副R15/转动副R25分别与对应气缸5的活塞杆间歇性接触。
当该机构用于粮食茶叶等农作物筛分装置时，该机构将持续重复同一操作，使得定平台相通过支链相对动平台做往复运动。
当转动副R15/转动副R25在运动过程中时，会间歇性远离或靠近气缸5，当转动副R15/转动副R25远离气缸5活塞杆时，转动副R15/转动副R25将会拉动链条12，使得链条12带动活塞杆伸长，进而使得气缸5的压强减小，
气缸5的活塞杆，使得气缸5的活塞杆回缩，进而气缸5内的压强减小，进而气缸5通过进油管7将润滑油缸6内的润滑油吸入气缸5内，当转动副R15/转动副R25靠近气缸5时，转动副R15/转动副R25将撞击气缸5的活塞杆，进而使得气缸5内的润滑油从出油管8的出口孔滴出，进而正好滴在构件A1的进油孔中，使得润滑油进入通道10内，为构件A1和构件B1起润滑作用，同时，润滑油存储在通道10内。
当通道10中的润滑油的高度与溢出孔11相同时，转动副R15和R25在持续运动过程中，将因为惯性的缘故，润滑油从溢出孔11中溢出，并落至转动副R12、转动副R13和转动副R14或者转动副R22和转动副R23和转动副R24的进油孔中，进而对转动副R12、转动副R13和转动副R14或者转动副R22和转动副R23和转动副R24起润滑作用，然后，润滑油继续往下滴落，进而使得转动副R11/转动副R21也被润滑。使得第一支链和第二支链上的转动副均被润滑，进而减小来了构件A1和构件B1之间的摩擦力，减小构件A1和构件B1之间的相互磨损，此外，润滑油能吸热、传热和散热，具有良好的冷却效果，构件A1和构件B1在相互摩擦的时候，因为摩擦生热，将会对构件A1和构件B1的质量造成一定的损坏，而润滑油的冷却作用可减小运动副的质量受损，延长了运动副的使用寿命，而且，润滑油还可将冲击或震动产生的机械能转化为液能，进而可降低噪声，非常环保。当该机构用在筛分装置中进行筛分时，机构的运行更加流程，且转动副的使用寿命更长。
此外，也可以在第三支链或第四支链设置相同的润滑机构，使得润滑机构分别与转动副R34和转动副R44对应设置，润滑机构的气缸5上的活塞杆分别通过链条12与转动副R34和转动副R44连接，以使得该机构中的转动副均被润滑。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
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