专利摘要

本发明公开了一种结构可调的三自由度并联机构，包括定平台、动平台与三个支链。每个支链均包括调节部件、立柱、移动副、转动副、连杆和球面副，其中调节部件由滑轨、滑块、镶条和螺钉组成。调节部件上的滑轨水平安装在定平台上，滑轨与滑块下部的滑槽配合，立柱垂直安装在滑块上，移动副与立柱连接，移动副的轴线与定平台上平面垂直，移动副与转动副连接，转动副的轴线与定平台的上平面平行，连杆的一端与转动副连接，连杆的另一端与球面副连接，球面副安装在动平台上。本发明通过滑轨与滑槽调节三个立柱的角度，可方便快速地调节连杆的布置形式，通过镶条与螺钉快速固定，便于安装，节省调整时间，提高效率。

权利要求

1.一种结构可调的三自由度并联机构，其特征在于：所述并联机构包括定平台(1)、动平台(2)、第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)，

第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)中的每一个支链均包括以下部件：

第一调节部件(31，41，51)、第一立柱(32，42，52)、第一移动副(33，43，53)、第一转动副(34，44，54)、第一连杆(35，45，55)和第一球面副(36，46，56)，

第一调节部件(31，41，51)由第一滑轨(311，411，511)、第一滑块(312，412，512)、第一镶条(313，413，513)和螺钉(314，414，514)组成，

上述每个支链中所包括的部件的连接结构为：第一滑轨(311，411，511)和第一镶条(313，413，513)安装在第一滑块(312，412，512)下部的滑槽之内，螺钉(314，414，514)安装在第一滑块(312，412，512)侧面的螺纹孔内，第一调节部件(31，41，51)上的第一滑轨(311，411，511)水平安装在定平台(1)上，第一滑轨(311，411，511)与第一滑块(312，412，512)下部的滑槽配合，第一立柱(32，42，52)垂直安装在第一滑块(312，412，512)上，第一滑块(312，412，512)上连接第一立柱(32，42，52)，第一移动副(33，43，53)与第一立柱(32，42，52)连接，第一移动副(33，43，53)的轴线与定平台(1)上平面垂直，第一移动副(33，43，53)与第一转动副(34，44，54)连接，第一转动副(34，44，54)的轴线与定平台(1)的上平面平行，第一连杆(35，45，55)的一端与第一转动副(34，44，54)连接，第一连杆(35，45，55)的另一端与第一球面副(36，46，56)连接，第一球面副(36，46，56)安装在动平台(2)上，

三个滑轨(311，411，511)各自的对称轴线在定平台(1)上的投影相交于一点O，并且之间互为120°夹角，

三个滑轨(311，411，511)的截面均为梯形，梯形截面的内侧为斜边、外侧为直角边；三个滑块(312、412、512)下部的滑槽的截面均为梯形，梯形截面的内侧为斜边、外侧为直角边，

三个滑轨(311、411、511)均为圆弧形，圆弧形滑轨(311、411、511)的内侧为圆锥面、外侧为圆柱面，每个滑轨(311、411、511)内侧圆锥面的轴线与外侧圆柱面的轴线重合，三个滑轨(311、411、511)内侧面与外侧面的重合轴线在定平台(1)上的投影点分别为P1、P2、P3，三个投影点P1、P2、P3呈正三角形，P1、P2、P3确定的圆的圆心与三个滑轨(41、51、61)的对称轴线投影的交点O重合，

与三个滑轨(311、411、511)配合的三个滑块(312、412、512)下部的滑槽均为圆弧形，圆弧形滑槽的内侧为圆锥面、外侧为圆柱面，每个滑槽内侧圆锥面的轴线与外侧圆柱面的轴线重合。

2.根据权利要求1所述的结构可调的三自由度并联机构，其特征在于：每个支链中滑块(312、412、512)下部的滑槽的上平面和内侧圆锥面均为定位面；滑轨(311、411、511)的上平面和内侧圆锥面均为定位面，另一侧圆柱面通过圆弧形镶条(313、413、513)用螺钉(314、414、514)顶紧，将滑块(311、411、511)及立柱(32、42、52)固定。

3.根据权利要求2所述的结构可调的三自由度并联机构，其特征在于：滑块(312，412，512)下部的滑槽的梯形截面平行的两边中短边的长度大于滑轨(311，411，511)的梯形截面平行的两边中长边的长度。

4.根据权利要求3所述的结构可调的三自由度并联机构，其特征在于：三个滑块(312，412，512)上部均设置圆角矩形通孔，三个滑块(312、412、512)的一个侧面均设置了螺纹孔，螺纹孔轴线与滑槽的外圆柱面垂直。

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构可调的三自由度并联机构，尤其是由一种由移动副、转动副和球面副构成的三自由度并联机构，属于机器人应用技术领域。

背景技术

并联机构也称并联机器人，是机器人的两大分支之一。与串联机器人相比，并联机器人具有刚度大、承载能力强、精度高等优点。在很多场合，并不需要具有六个自由度，机械结构与控制系统简单的少自由度机构就能很好地满足要求。其中，具有三个自由度的3-PRS(P为移动副，R为转动副，S为球面副)并联机构是最典型的代表之一，得到了国际工业界及学术界的广泛关注，并投入了大量的研究。3-PRS并联机构的一些特殊构型已在工业生产中得到了成功应用。

3-PRS并联机构代表了一类机构，包含三个相同的分支，并且每个分支都具有一个移动副、转动副与球面副。不同结构类型、不同结构尺寸下3-PRS并联机构的特性、性能等差异很大。为了进行充分研究，使其获得更加广泛的应用，常常需要针对不同的结构类型、不同的结构尺寸搭建机构硬件平台。专利《工作空间可调的三自由度并联机构及其调整方法》(申请号：201410618331.1)针对一种特定的机构类型(连杆布置形式)，提供了一种工作空间可调的3-PRS并联机构，在这种特定的构型下可以调节结构尺寸，极大地方便了研究。专利《三自由度并联机构的可调运动平台及调节方法》(申请号：201510041594.5)提供的可调(运)动平台可以适用于不同的3-PRS并联机构类型(连杆布置形式)，在构建3-PRS并联机构时(运)动平台不必重新设计制作。但是，当研究不同的3-PRS并联机构类型时，新的定平台、立柱等部分还需要重新构建，从而增加了实验硬件成本与时间成本。

发明内容

本发明针对一类3-PRS并联机构在研究不同结构类型的过程中，需要重新搭建新的定平台、立柱等的技术问题，提供了一种结构可调的3-PRS并联机构，通过调节三个立柱转过的角度，从而调节连杆的布置形式、形成不同的结构类型，有效地解决了上述技术问题。

本发明采取的技术方案是：

一种结构可调的三自由度并联机构，包括定平台1、动平台2、第一支链3、第二支链4和第三支链5，

所述第一支链3、第二支链4和第三支链5中的每一个支链均包括以下部件：

第一调节部件31，41，51、第一立柱32，42，52、第一移动副33，43，53、第一转动副34，44，54、第一连杆35，45，55和第一球面副36，46，56，

第一调节部件31，41，51由第一滑轨311，411，511、第一滑块312，412，512、第一镶条313，413，513和螺钉314，414，514组成，

上述每个支链中所包括的部件的连接结构为：第一滑轨311，411，511和第一镶条313，413，513安装在第一滑块312，412，512下部的滑槽之内，螺钉314，414，514安装在第一滑块312，412，512侧面的螺纹孔内，

第一调节部件31，41，51上的第一滑轨311，411，511水平安装在定平台1上，第一滑轨311，411，511与第一滑块312，412，512下部的滑槽配合，第一立柱32，42，52垂直安装在第一滑块312，412，512上，第一滑块312，412，512上连接第一立柱32，42，52，第一移动副33，43，53与第一立柱32，42，52连接、第一移动副33，43，53的轴线与定平台1上平面垂直，第一移动副33，43，53与第一转动副34，44，54连接，第一转动副34，44，54的轴线与定平台1的上平面平行，第一连杆35，45，55的一端与第一转动副34，44，54连接，第一连杆35，45，55的另一端与第一球面副36，46，56连接，第一球面副36，46，56安装在动平台2上，

三个滑轨311，411，511的各自对称轴线在定平台1上的投影相交于一点O，并且之间互为120°夹角，

三个滑轨311，411，511的截面均为梯形，梯形截面的内侧为斜边、外侧为直角边；三个滑块(312、412、512)下部的滑槽的截面均为梯形，梯形截面的内侧为斜边、外侧为直角边，

三个滑轨311，411，511均为圆弧形，圆弧形滑轨311，411，511的内侧为圆锥面、外侧为圆柱面，每个滑轨311，411，511内侧圆锥面的轴线与外侧圆柱面的轴线重合，三个滑轨311，411，511内侧面与外侧面的重合轴线在定平台1上的投影点分别为P1、P2、P3，三个投影点P1、P2、P3呈正三角形，P1、P2、P3确定的圆的圆心与三个滑轨41，51，61的对称轴线投影的交点O重合，

与三个滑轨311，411，511配合的三个滑块312，412，512下部的滑槽均为圆弧形，圆弧形滑槽的内侧为圆锥面、外侧为圆柱面，每个滑槽内侧圆锥面的轴线与外侧圆柱面的轴线重合。

进一步，每个支链中滑块312，412，512下部的滑槽的上平面和内侧圆锥面均为定位面；滑轨311，411，511的上平面和内侧圆锥面均为定位面，另一侧圆柱面通过圆弧形镶条313，413，513用螺钉314，414，514顶紧，将滑块311，411，511及立柱32，42，52固定。

更进一步，滑块312，412，512下部的滑槽的梯形截面平行的两边中短边的长度大于滑轨311，411，511的梯形截面平行的两边中长边的长度。

再进一步，三个滑块312，412，512上部均设置圆角矩形通孔，三个滑块312，412，512的一个侧面均设置了螺纹孔，螺纹孔轴线与滑槽的外圆柱面垂直。

本发明具有的有益的效果是：通过滑轨与滑槽调节三个立柱各自绕P1、P2、P2点所经过的垂直直线转过的角度，可方便快速地调节连杆的布置形式，通过镶条与螺钉快速固定，便于安装，节省调整时间，提高效率；滑块上设置了圆角矩形通孔，使三个立柱在定平台径向可调，可以满足不同尺寸的立柱、滑块、转动副的需要；可以根据研究的需要调整出大量的不同的构型，大大节省了机械硬件构建的成本。

附图说明

图1是本发明提供的机构装配简图；

图2是本发明提供的定平台与滑轨装配后的俯视图；

图3是本发明提供的调节部件与定平台、立柱等位置关系图；

图4是本发明提供的调节部件的轴测图；

图5是本发明提供的滑块的仰视图；

图6是本发明提供的滑块下部的滑槽与滑轨的截面形状图；

图7是本发明可调节成的一种结构构型简图；

图8是本发明可调节成与图7对应的一种结构构型俯视图；

图9是本发明可调节成的一种结构构型简图；

图10是本发明可调节成与图9对应的一种结构构型俯视图；

图11是本发明可调节成的一种结构构型简图；

图12是本发明可调节成与图11对应的一种结构构型俯视图。

图中：1、定平台2、动平台

3、第一支链4、第二支链5、第三支链

31、第一调节部件41、第二调节部件51、第三调节部件

32、第一立柱42、第二立柱52、第三立柱

33、第一移动副43、第二移动副53、第三移动副

34、第一转动副44、第二转动副54、第三转动副

35、第一连杆45、第二连杆55、第三连杆

36、第一球面副46、第二球面副56、第三球面副

311、第一滑轨411、第二滑轨511、第三滑轨

312、第一滑块412、第二滑块512、第三滑块

313、第一镶条413、第二镶条513、第三镶条

314、螺钉414、螺钉514、螺钉。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1~5所示，本发明提供的结构可调的三自由度并联机构包括定平台1、动平台2、第一支链3、第二支链4和第三支链5，其中：

1)第一支链3：包括第一调节部件31、第一立柱32、第一移动副33、第一转动副34、第一连杆35和第一球面副36；第一调节部件31由第一滑轨311、第一滑块312、第一镶条313和螺钉314组成；第一滑轨311和第一镶条313安装在第一滑块312下部的滑槽之内，螺钉314安装在第一滑块312侧面的螺纹孔内；第一调节部件31上的第一滑轨311水平安装在定平台1上，第一滑轨311与第一滑块312下部的滑槽配合，第一立柱32垂直安装在第一滑块312上，第一滑块312上连接第一立柱32，第一移动副33与第一立柱32连接，第一移动副33的轴线与定平台1上平面垂直，第一移动副33与第一转动副34连接，第一转动副34的轴线与定平台1的上平面平行，第一连杆35的一端与第一转动副34连接，第一连杆35的另一端与第一球面副36连接，第一球面副36安装在动平台2上。

2)第二支链4：包括二调节部件41、第二立柱42、第二移动副43、第二转动副44、第二连杆45和第二球面副46；第二调节部件41由第二滑轨411、第二滑块412、第二镶条413和螺钉414组成；第二滑轨411和第二镶条413安装在第二滑块412下部的滑槽之内，螺钉414安装在第二滑块412侧面的螺纹孔内；第二调节部件41上的第二滑轨411水平安装在定平台1上，第二滑轨411与第二滑块412下部的滑槽配合，第二立柱42垂直安装在第二滑块412上，第二滑块412上连接第二立柱42，第二移动副43与第二立柱42连接，第二移动副43的轴线与定平台1上平面垂直，第二移动副43与第二转动副44连接，第二转动副44的轴线与定平台1的上平面平行，第二连杆45的一端与第二转动副44连接，第二连杆45的另一端与第二球面副46连接，第二球面副46安装在动平台2上。

3)第三支链5：包括三调节部件51、第三立柱52、第三移动副53、第三转动副54、第三连杆55和第三球面副56；第三滑轨511和第三镶条513安装在第三滑块512下部的滑槽之内，螺钉514安装在第三滑块512侧面的螺纹孔内；第三调节部件51由第三滑轨511、第三滑块512、第三镶条513和螺钉514组成；第三调节部件51上的第三滑轨511水平安装在定平台1上，第三滑轨511与第三滑块512下部的滑槽配合，第三立柱52垂直安装在第三滑块512上，第三滑块512上连接第三立柱52，第三移动副53与第三立柱52连接，第三移动副53的轴线与定平台1上平面垂直，第三移动副53与第三转动副54连接，第三转动副54的轴线与定平台1的上平面平行，第三连杆55的一端与第三转动副54连接，第三连杆55的另一端与第三球面副56连接，第三球面副56安装在动平台2上。

三个滑轨41，51，61各自的对称轴线在定平台1上的投影相交于一点O，并且之间互为120°夹角，如图2中的直线OP1、OP2、OP3即为三个投影。

如图6所示，滑轨311、411、511的截面均为梯形，梯形截面的内侧为斜边、外侧为直角边；三个滑块(312、412、512)下部的滑槽的截面均为梯形，梯形截面的内侧为斜边、外侧为直角边。

如图2、图3、图4与图5所示，滑轨311、411、511均为圆弧形，圆弧形滑轨(311、411、511)的内侧为圆锥面、外侧为圆柱面，每个滑轨311、411、511内侧圆锥面的轴线与外侧圆柱面的轴线重合，三个滑轨311、411、511内侧面与外侧面的重合轴线在定平台1上的投影点分别为P1、P2、P3，三个投影点P1、P2、P3呈正三角形，P1、P2、P3确定的圆的圆心与三个滑轨41、51、61的对称轴线投影的交点O重合。图3中的Pi代表P1、P2、P3，即i=1、2、3。

如图5所示，与三个滑轨311、411、511配合的三个滑块312、412、512下部的滑槽均为圆弧形，圆弧形滑槽的内侧为圆锥面、外侧为圆柱面，每个滑槽内侧圆锥面的轴线与外侧圆柱面的轴线重合。

如图3所示，每个支链中滑块312、412、512下部的滑槽的上平面和内侧圆锥面均为定位面；滑轨311、411、511的上平面和内侧圆锥面均为定位面，另一侧圆柱面通过圆弧形镶条313、413、513用螺钉314、414、514顶紧，将滑块311、411、511及立柱32、42、52固定。

如图6所示，滑块312、412、512下部的滑槽的梯形截面平行的两边中短边的长度大于滑轨311、411、511的梯形截面平行的两边中长边的长度。图6中，将滑轨311、411、511的梯形截面和滑块312、412、512下部的滑槽的梯形截面的形状用同一个示意图表示，并不代表它们是尺寸相同。

如图4所示，滑块312、412、512的一个侧面均设置了螺纹孔，螺纹孔轴线与滑槽的外圆柱面垂直。在安装后，滑轨311、411、511的内圆锥面与滑块312、412、512的滑槽的内圆锥面配合作为一个定位面，滑轨311、411、511的上平面与滑块312、412、512下部的滑槽的上平面配合作为另一个定位面，镶条313、413、513的外圆柱面与滑槽的圆柱面相贴，镶条313、413、513的内圆柱面与滑块312、412、512的圆柱面相贴，螺钉314、414、514的轴线垂直于镶条313、413、513的圆柱面。实际上，上述的圆柱面与圆锥面不是完整的圆柱面与圆锥面，只是一部分。

滑轨311、411、511的圆弧可以是完整的整圆，也可是一部分圆弧；滑轨311、411、511可以是一个整体，也可是多个滑轨拼接而成；滑轨311、411、511可以通过螺钉等方式固定在定平台1上。图1、图2与图3中给出的定平台1的形状只是示意性的，定平台1可以是任意形状，并不一定是显式存在的平板结构，只要是能可靠安装、承载相关部件的结构即可。上述中的定平台1上平面可以是虚拟存在的，即实际起作用的等效平面。

如图4所示，三个滑块312、412、512上部均设置圆角矩形通孔，通过这些圆角矩形通孔，用螺栓将立柱32、42、52与滑块312、412、512固定在一起。在调节立柱32、42、52与滑块312、412、512的相对位置时，使每个转动副34、44、54的回转轴的中心点Qi(i=1,2,3)在定平台1上的投影与三个滑块312、412、512的弧形所在圆的圆心Pi(i=1,2,3)分别重合，即Q1与P1重合、Q2与P2重合、Q3与P3重合，如图3所示。

图2与图3的中，P1、P2、P3与相应的滑块312、412、512中心的连线与转动副34、44、54的回转中心垂直，根据这个特点调整滑块312、412、512在滑轨311、411、511上位置，即调整滑块312、412、512沿着P1、P2、P3旋转时转过的角度，然后插入镶条313、413、513，用螺钉314、414、514顶紧。

本发明提供的机构可调节成很多结构类型的3-PRS并联机构，图8、10、12给出了本发明提供的机构调节成的3种典型构型，对应的3-PRS并联机构的结构简图分别如图7、9、11所示。滑块312、412、512的位置如图8、10、12中的黑色矩形方块所示。其实，图1对应的构型即为图7和图8。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述提示的技术内容做出的简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

结构可调的三自由度并联机构专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。