專利名稱：用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機床和工業(yè)機器人，尤其涉及一種用于并聯(lián)結構虛軸數(shù)控機床和并聯(lián) 機器人的用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機構。
背景技術：
并聯(lián)機構廣泛應用于重載模擬設備、機器人、數(shù)控機床、傳感器及微操作領域。然 而，并聯(lián)機構各驅動單元之間是耦合的，即并聯(lián)機構整體輸出平臺(動平臺)沿任一方向的 運動都是所有驅動單元的運動合成，并且各驅動單元的運動與并聯(lián)機構整體運動(即輸入 與輸出)之間是非線性的。這一特性導致并聯(lián)機構控制復雜，標定困難，且制約了精度的提 高。因此，如何實現(xiàn)并聯(lián)機構解耦，以簡化控制和標定，提高運動精度，一直是一個困難而富 有挑戰(zhàn)性的課題。運動解耦并聯(lián)機器人是指輸出運動的任一自由度都僅依賴單個驅動單元，其他驅 動單元的動作不對此自由度產(chǎn)生影響。具有完全解耦的并聯(lián)機構運動關系簡單、標定簡便、 控制精度高、剛度大，在虛軸機床和機器人領域應用前景廣闊。中國專利文獻CNlO 1036986A報道了由動平臺、靜平臺及連接它們的四條閉環(huán)運 動支鏈組成的兩轉動一移動并聯(lián)機構，每條閉環(huán)支鏈含有一組對稱結構的六桿球形機構， 動平臺和靜平臺與每條支鏈用轉動副連接。文獻[XianwenKong，Clement Μ. Gosselin Type synthesis of input-output decoupled paralIe!manipulators, Transactions of the CSME, Vol. 28，Special Edition, 2004]中報道了具有兩移動一轉動自由度的并聯(lián)機構，由 動平臺、靜平臺和串并聯(lián)混搭的運動支鏈組成。文獻[李惠良，金瓊，楊廷力，一類一平移兩 轉動解耦并聯(lián)機構及其位移分析，機械制造與研究，F(xiàn)eb 2002，(1) :9_12，14]提出一種具 有三角化解耦特性的兩轉動一移動并聯(lián)機構，但輸出自由度不完全由單個驅動器控制，仍 屬于部分解耦并聯(lián)機構。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了提供一種用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機 構，以克服現(xiàn)有技術中結構復雜、控制不便、運動精度低的缺陷。為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案一種用于虛軸機床和機器人的 解耦三轉動并聯(lián)機構，包括靜平臺、動平臺以及連接在靜平臺與動平臺之間的第一運動支 鏈、第二運動支鏈和第三運動支鏈；其特點是所述的第一運動支鏈包括順序相連的萬向鉸鏈、移動副、第一轉動副、第一連接桿 和第二轉動副；萬向鉸鏈還與靜平臺相連，第二轉動副還與動平臺相連；所述的第二運動支鏈包括順序相連的第三轉動副、第四轉動副和第五轉動副，第 三轉動副還與靜平臺相連，第五轉動副還與動平臺相連；所述的第三運動支鏈包括順序相連的第六轉動副、第七轉動副和第二連接桿；第 六轉動副還與靜平臺相連，第二連接桿還與第一連接桿相連；
所述的萬向鉸鏈的第一轉動軸的軸線、第二轉動副的軸線、第三轉動副的軸線、第 四轉動副的軸線、第五轉動副的軸線、第六轉動副的軸線和第七轉動副的軸線匯交于一點， 該點位于第二轉動副的軸上。所述的第一轉動副的軸線與萬向鉸鏈的第二轉動軸平行，移動副的軸線與第一轉 動副的軸線垂直，第二轉動副的軸線與第一轉動副的軸線垂直，第一連接桿的軸線與第二 轉動副的軸線重合。所述的第三轉動副的軸線與第四轉動副的軸線垂直，第四轉動副的軸線與第五轉 動副的軸線垂直，第五轉動副的軸線還與第二轉動副的軸線垂直。所述的第六轉動副的軸線與第七轉動副的軸線垂直并與萬向鉸鏈的第一轉動軸 的軸線重合，第七轉動副的軸線與第一轉動副的軸線平行并與第二轉動副的軸線垂直；所 述的第二連接桿由一段水平桿和一段斜桿連接構成，水平桿與第七轉動副同軸相連，斜桿 與第一連接桿斜交相連。本發(fā)明用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機構由于采用了以上技術方案， 使其與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和特點1、具有解耦的三個轉動自由度，轉動自由度僅依賴運動支鏈的運動副的線性控 制，實現(xiàn)原理非常簡單，具有非常好的線性關系。2、僅含少量運動副，結構簡單、安裝方便、轉動慣量小，運動響應快。3、運動解耦，基本單個輸出自由度僅需要控制單個驅動單元，標定容易，控制簡 單，從而降低了開發(fā)成本。


圖1是本發(fā)明用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機構的立體結構示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。附圖所示為本發(fā)明的一個較佳實施例， 本發(fā)明的技術方案不限于本實施例。參見圖1，本發(fā)明一種用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機構，包括靜平臺 1、動平臺2以及連接在靜平臺1與動平臺2之間的第一運動支鏈3、第二運動支鏈4和第三 運動支鏈5。第一運動支鏈3包括順序相連的萬向鉸鏈31、移動副32、第一轉動副33、第一連 接桿34和第二轉動副35 ；萬向鉸鏈31還與靜平臺1相連，第二轉動副35還與動平臺2相 連。第二運動支鏈4包括順序相連的第三轉動副41、第四轉動副42和第五轉動副43， 第三轉動副41還與靜平臺1相連，第五轉動副43還與動平臺2相連。第三運動支鏈5包括順序相連的第六轉動副51、第七轉動副52和第二連接桿53 ； 第六轉動副51還與靜平臺1相連，第二連接桿53還與第一連接桿34相連。上述萬向鉸鏈31的第一轉動軸311的軸線、第二轉動副35的軸線、第三轉動副41 的軸線、第四轉動副42的軸線、第五轉動副43的軸線、第六轉動副51的軸線和第七轉動副 52的軸線匯交于一點，該點位于第二轉動副35的軸上。
上述的第一轉動副33的軸線與萬向鉸鏈31的第二轉動軸312平行，移動副32的 軸線與第一轉動副33的軸線垂直，第二轉動副35的軸線與第一轉動副33的軸線垂直，第 一連接桿34的軸線與第二轉動副35的軸線重合。上述第三轉動副41的軸線與第四轉動副42的軸線垂直，第四轉動副42的軸線與 第五轉動副43的軸線垂直，第五轉動副43的軸線還與第二轉動副35的軸線垂直。上述第六轉動副51的軸線與第七轉動副52的軸線垂直并與萬向鉸鏈31的第一 轉動軸311的軸線重合，第七轉動副52的軸線與第一轉動副33的軸線平行并與第二轉動 副35的軸線垂直；第二連接桿53由一段水平桿531和一段斜桿532連接構成，水平桿531 與第七轉動副52同軸相連，斜桿532與第一連接桿34斜交相連。本發(fā)明用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機構的工作原理可結合附圖說 明如下當?shù)谝贿\動支鏈3內(nèi)的移動副32伸縮時，帶動動平臺2繞第七轉動副52轉動；而 第二運動支鏈4和第三運動支鏈5具有繞第七轉動副52的轉動自由度，因此，在移動副32 驅動下，動平臺2繞第七轉動副52轉動。當?shù)诙\動支鏈4內(nèi)的第三轉動副41轉動時，帶動動平臺2繞第二轉動副35轉 動；而第一運動支鏈3和第三運動支鏈5具有繞第二轉動副35轉動自由度，因此，在第三轉 動副41驅動下，動平臺2繞第二轉動副35轉動。當?shù)谌\動支鏈5內(nèi)的第六轉動副51轉動時，帶動動平臺2繞第六轉動副51轉 動；而第一運動支鏈3中的萬向鉸鏈31的第一轉動軸311與第六轉動副51同軸，第二運動 支鏈4具有三個轉動自由度，因此，在第六轉動副51驅動下，動平臺2繞第六轉動副51轉 動。由于第六轉動副51、第七轉動副52和第二轉動副35的軸線匯交，并且第六轉動副 51的軸線與第七轉動副52的軸線垂直，因此機構具有三個解耦的轉動自由度。
權利要求
1.一種用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機構，包括靜平臺、動平臺以及連接 在靜平臺與動平臺之間的第一運動支鏈、第二運動支鏈和第三運動支鏈；其特征在于所述的第一運動支鏈包括順序相連的萬向鉸鏈、移動副、第一轉動副、第一連接桿和第 二轉動副；萬向鉸鏈還與靜平臺相連，第二轉動副還與動平臺相連；所述的第二運動支鏈包括順序相連的第三轉動副、第四轉動副和第五轉動副，第三轉 動副還與靜平臺相連，第五轉動副還與動平臺相連；所述的第三運動支鏈包括順序相連的第六轉動副、第七轉動副和第二連接桿；第六轉 動副還與靜平臺相連，第二連接桿還與第一連接桿相連；所述的萬向鉸鏈的第一轉動軸的軸線、第二轉動副的軸線、第三轉動副的軸線、第四轉 動副的軸線、第五轉動副的軸線、第六轉動副的軸線和第七轉動副的軸線匯交于一點，該點 位于第二轉動副的軸上。
2.如權利要求1所述的用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機構，其特征在于 所述的第一轉動副的軸線與萬向鉸鏈的第二轉動軸平行，移動副的軸線與第一轉動副的軸 線垂直，第二轉動副的軸線與第一轉動副的軸線垂直，第一連接桿的軸線與第二轉動副的 軸線重合。
3.如權利要求1所述的用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機構，其特征在于 所述的第三轉動副的軸線與第四轉動副的軸線垂直，第四轉動副的軸線與第五轉動副的軸 線垂直，第五轉動副的軸線還與第二轉動副的軸線垂直。
4.如權利要求1所述的用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機構，其特征在于 所述的第六轉動副的軸線與第七轉動副的軸線垂直并與萬向鉸鏈的第一轉動軸的軸線重 合，第七轉動副的軸線與第一轉動副的軸線平行并與第二轉動副的軸線垂直；所述的第二 連接桿由一段水平桿和一段斜桿連接構成，水平桿與第七轉動副同軸相連，斜桿與第一連 接桿斜交相連。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動并聯(lián)機構，它包括靜平臺、動平臺以及連接在靜平臺與動平臺之間的第一運動支鏈、第二運動支鏈和第三運動支鏈。第一運動支鏈包括順序相連的萬向鉸鏈、移動副、第一轉動副、第一連接桿和第二轉動副；第二運動支鏈包括順序相連的第三轉動副、第四轉動副和第五轉動副；第三運動支鏈包括順序相連的第六轉動副、第七轉動副和第二連接桿。本發(fā)明具有解耦的三個轉動自由度，轉動自由度僅依賴運動支鏈的運動副的線性控制，實現(xiàn)原理非常簡單，具有非常好的線性關系。
文檔編號B25J9/08GK102114599SQ20111003603
公開日2011年7月6日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權日2011年2月11日
發(fā)明者劉燕, 宋芳, 張帆 申請人:上海工程技術大學