一种具有二自由度大转角转动的并联驱动机构

1.本发明属于机器人设计领域，特别是涉及一种具有二自由度大转角转动的并联驱动机构。


背景技术：

2.并联机构是典型的一种并联驱动布置方式，由于所有驱动布置在基座上，或靠近基座的关节上，因此并联驱动的机构具有刚度高、累积误差小、动态特性好等特点。二自由度转动并联机构是少自由度并联机构的一个重要分支，在动平台的姿态调整方面具有独特优势，因此广泛应用于船舶、车辆或飞行器的平台姿态调整与自稳定，天线和太阳能电池板方位跟踪，以及仿生肩或髋关节等领域。
3.现有的二自由度并联机构通常包含一条具有虎克铰的约束支链，由于虎克铰的运动范围限制，导致动平台的转动角度有限。如公开号cn102126212a的中国专利提出的二自由度转动并联机构，由于采用了虎克铰，限制了机构的转动范围。另外一些两转动并联机构结构复杂，对支链内部或者支链间的运动副几何关系具有很高的要求，在实际使用过程中由于装配误差的关系往往难以实现预期的运动。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有二自由度大转角转动的并联驱动机构，解决现有具有二自由度转动的并联驱动机构转动范围受限、结构复杂的技术问题。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种具有二自由度大转角转动的并联驱动机构，包括基座、设置在基座上的框架、动平台、以及驱动动平台移动的传动机构；
7.所述框架与所述基座转动连接，所述框架一端设有与所述基座转动连接的转轴；
8.所述传动机构包括第一传动轴、第二传动轴、水平杆、第一连接杆、第二连接杆；所述第一传动轴上设有第一带轮；所述第二传动轴的中间设有第二带轮，所述第二带轮与所述第一带轮位于同一平面内；
9.其中，所述第一传动轴一端穿过所述框架并与所述基座转动连接；所述第一带轮和所述第二带轮通过第一绳索连接，所述第二传动轴的一端与所述框架连接，另一端通过第二绳索与水平杆连接；所述水平杆的两端与所述框架转动连接；
10.所述第一连接杆一端与所述水平杆固定连接，另一端与所述动平台转动连接；所述第二连接杆一端与所述动平台转动连接，另一端与所述框架转动连接，所述第二连接杆与所述第一连接杆交叉布置；所述第一连接杆、第二连接杆、框架和动平台组成第一反平行四边形机构。
11.进一步，所述传动机构还包括第三连接杆和第四连接杆，所述第三连接杆一端与所述动平台转动连接，另一端与所述水平杆固定连接；所述第四连接杆一端与所述动平台转动连接，另一端与所述框架转动连接，所述第三连接杆和所述第四连接杆交叉布置；所述
第三连接杆、第四连接杆、框架和动平台组成第二反平行四边形机构。
12.进一步，所述第一反平行四边形机构和第二反平行四边形机构尺寸完全相同，且对称布置在所述框架的两侧。
13.进一步，所述框架的转轴上连接有驱动所述框架转动的第一驱动器。
14.进一步，所述第一传动轴上连接有驱动所述动平台移动的第二驱动器。
15.进一步，所述框架远离所述转轴的一端设有用于固定传动机构的第一通孔和第二通孔。
16.本发明的有益效果在于：
17.(1)本发明具有大转角转动能力，动平台在水平两个方向上的转动角度均超过正负90度，其中框架的转动角度在理论上可以实现连续的整周转动，反平行四边形的转动角度大于正负90度；(2)通过绳索连接的传动机构，实现框架与第一连接杆的差速传动，可由第一驱动器和第二驱动器耦合控制动平台的移动；使得两个驱动器均能布置在基座上；还具有并联驱动的特点，可有效减少运动部件的质量，增加机构的灵活性；(3)对称布置的两组反平行四边形机构，使动平台能够更加平稳的运动。
18.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
19.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
20.图1为一种具有二自由度大转角转动的并联驱动机构示意图；
21.图2为框架结构示意图；
22.图3为传动机构示意图；
23.图4为传动机构侧面示意图
24.图5为第一传动轴和第一带轮示意图；
25.图6为第二传动轴和第二带轮示意图；
26.图7为水平杆和第一连接杆连接示意图。
27.附图标记：基座1、框架2、动平台3、第一驱动器4、第二驱动器5、第一连接杆6、第二连接杆7、第三连接杆8、第四连接杆9、第一传动轴10、第一带轮11、第二传动轴12、第二带轮13、水平杆14、第一绳索15、第二绳索16、转轴201、第一通孔202、第二通孔203。
具体实施方式
28.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相
互组合。
29.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
30.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
31.请参阅图1-7，一种具有二自由度大转角转动的并联驱动机构，包括基座1、设置在基座1上的框架2、动平台3、以及驱动动平台3移动的传动机构。
32.框架2与基座1转动连接，框架2一端设有与基座1转动连接的转轴201，框架2的转轴201上连接有驱动框架2转动的第一驱动器4。框架2远离转轴201的一端设有用于固定传动机构的第一通孔202和第二通孔203。
33.传动机构包括第一传动轴10、第二传动轴12、水平杆14、与水平杆14连接的第一连接杆6、第二连接杆7；第一传动轴10上设有第一带轮11；第二传动轴12的中间位置设有第二带轮13，第二带轮13与第一带轮11位于同一平面内。
34.其中，第一传动轴10一端穿过框架2上的第一通孔202，与基座1转动连接，然后与驱动动平台3转动的第二驱动器5连接。第一带轮11和第二带轮13通过第一绳索15连接，第二传动轴12的一端与框架2上的第二通孔203转动连接，另一端通过第二绳索16与水平杆14连接；水平杆14的两端插入框架2中并与框架2转动连接，第一连接杆6一端与水平杆14固定连接，另一端与动平台3转动连接；第二连接杆7一端与动平台3转动连接，另一端与所框架2转动连接，第二连接杆7与第一连接杆6交叉布置；第一连接杆6、第二连接杆7、框架2和动平台3组成第一反平行四边形机构。
35.框架2与基座1通过转轴201和第一传动轴10转动连接，可以使整个框架2和框架2上的动平台3实现连续的整周转动，实现第一个大角度的自由度转动。通过驱动第一传动轴10依次带动第二传动轴12、水平杆14和第一连接杆6来使动平台3左右移动，实现了第二个大角度自由度的转动。并且第一传动轴10和第二传动轴12；第二传动轴12和水平杆14之间均通过绕索连接形成差速驱动，当第一驱动器4和第二驱动器5共同转动时，由第一驱动器4和第二驱动器5耦合共同驱动动平台3的左右移动，其不仅实现并联驱动的特点，还使得两个驱动器均能布置在基座上；其有效减少运动部件的质量，增加机构的灵活性。
36.本实施例中，传动机构还包括第三连接杆8和第四连接杆9。
37.第三连接杆8一端与动平台3转动连接，另一端与水平杆14的一端固定连接；第四连接杆9一端与所述动平台3转动连接，另一端与所述框架2转动连接，第三连接杆8和第四连接杆9交叉布置；第三连接杆8、第四连接杆9、框架2和动平台3组成第二反平行四边形机构。第一反平行四边形机构和第二反平行四边形机构尺寸完全相同，且对称布置在所述框架2的两侧。对称布置的两组反平行四边形机构，其转动角度大于正负90度；可使动平台3能
够更加平稳的运动。
38.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。