專利名稱：用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的含平面6桿回路的兩平移兩轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)床、機(jī)器人等的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體的說(shuō)，是為并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛軸數(shù)控機(jī)床、并聯(lián)機(jī)器人提供一類新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
并聯(lián)結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床是指以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)床，該機(jī)床被認(rèn)為是二十世紀(jì)以來(lái)機(jī)床結(jié)構(gòu)的一次革命。目前在美國(guó)、日本等國(guó)已研制出這種機(jī)床的樣機(jī)，所采用的并聯(lián)機(jī)構(gòu)均為傳統(tǒng)的斯圖爾特(Stewart)機(jī)構(gòu)。這種控制刀具在空間的位置和姿態(tài)變化的機(jī)構(gòu)主要由基座、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和連桿組成，基座和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間由連桿相連，連桿兩端分別為球副和萬(wàn)向節(jié)。該機(jī)構(gòu)有6個(gè)連桿，但連桿的長(zhǎng)度可調(diào)，通過(guò)控制6根連桿的長(zhǎng)度，改變刀具在空間的位姿。但這類機(jī)構(gòu)有很多關(guān)鍵性技術(shù)沒(méi)能完全解決。如，(1)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解困難；(2)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿是輸入的強(qiáng)耦合，不利于控制；(3)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，使其工作空間較??；(4)制造高精度球副困難等。
對(duì)虛軸數(shù)控機(jī)床而言，許多場(chǎng)合需要提供自由度大于3且小于6的更簡(jiǎn)單的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。例如，一般切削過(guò)程只需要控制五個(gè)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，外加主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)即可加工其工作空間內(nèi)的任意自由曲面。因此，若用4自由度的并聯(lián)平臺(tái)機(jī)構(gòu)，給主軸提供4自由度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，又由裝夾工件的工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的移動(dòng)，可方便地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。
總之，虛軸機(jī)床、機(jī)器人等的發(fā)展和實(shí)用化，需要?jiǎng)?chuàng)造出優(yōu)于現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的新機(jī)型。
本發(fā)明目的是提供一類(8種)4自由度(兩平移兩轉(zhuǎn)動(dòng))并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作空間較大、便于制造、安裝等優(yōu)點(diǎn)。特別是運(yùn)動(dòng)學(xué)正解較為簡(jiǎn)單，可簡(jiǎn)化并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛軸機(jī)床和機(jī)器人系統(tǒng)的控制與軌跡規(guī)劃的復(fù)雜性。為虛軸機(jī)床、機(jī)器人、微動(dòng)操作手等提供新機(jī)型，為其開(kāi)發(fā)與實(shí)用化提供可能。
附

圖1是本發(fā)明機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。它由動(dòng)平臺(tái)(1)、靜平臺(tái)(2)和結(jié)構(gòu)不全相同的3條支路組成。兩條結(jié)構(gòu)相同的支路由四個(gè)構(gòu)件(3、4、5、6)串聯(lián)三個(gè)相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R7)和垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(R7)的兩個(gè)相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R8)組成。第3條為廣義支路，由6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(R9)的6桿平面回路串聯(lián)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(R10)(其軸線與6桿之一的連心線重合)組成。諸支路兩端構(gòu)件分別固聯(lián)在動(dòng)、靜平臺(tái)上，但位于動(dòng)平臺(tái)分屬3條支路的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線呈相互平行配置，位于靜平臺(tái)分屬3條支路的4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副亦呈相互平行配置。
附圖1中的廣義支路，可用由4個(gè)相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R10)和2個(gè)球副(S11)串聯(lián)而成的回路替代，但兩球副所在構(gòu)件與動(dòng)平臺(tái)聯(lián)接，且與動(dòng)平臺(tái)上其余兩轉(zhuǎn)動(dòng)副相互平行，如附圖2所示。
附圖1、2機(jī)構(gòu)中，靜平臺(tái)上4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副可用移動(dòng)副(P12)替代，但移動(dòng)副應(yīng)垂直于被替代轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，如附圖3所示。
附圖1、2結(jié)構(gòu)相同的兩支路中，相互垂直的兩轉(zhuǎn)動(dòng)副可用萬(wàn)向節(jié)替代。
附圖1、2中，的兩條結(jié)構(gòu)相同的支路之一(或全部)，可用由兩個(gè)球副(S13)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(R12)串聯(lián)而組成的支路替代，亦可用由兩個(gè)球副(S13)和一個(gè)移動(dòng)副(P12)串聯(lián)而成的支路替代，如附圖4所示。
本發(fā)明為一類4自由度(兩平移兩轉(zhuǎn)動(dòng))新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn)(1)機(jī)構(gòu)工作平臺(tái)具有兩平移兩轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)輸出，且非期望運(yùn)動(dòng)輸出為常量；(2)機(jī)構(gòu)存在過(guò)約束回路，其剛性好、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；(3)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解比Stewart機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單；(4)當(dāng)本發(fā)明機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副及萬(wàn)向節(jié)組成時(shí)，易于精密加工，利于提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度。
總之，本發(fā)明為虛軸數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、微動(dòng)操作手等，提供了具有上述特點(diǎn)的新機(jī)型，利于新型機(jī)床、機(jī)器人、微動(dòng)操作手的開(kāi)發(fā)與實(shí)用化。
權(quán)利要求
1.一種可用于虛軸數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等的4自由度(兩平移兩轉(zhuǎn)動(dòng))并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其組成包括動(dòng)、靜平臺(tái)及聯(lián)接在動(dòng)、靜平臺(tái)之間的3條支路兩條支路結(jié)構(gòu)相同，由三個(gè)相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副和垂直于它們的2個(gè)相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)而成；第三條為廣義支路，由6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面6桿回路串聯(lián)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(其軸線與6桿之一連心線重合)組成。支路在兩平臺(tái)之間的配置方式是動(dòng)平臺(tái)上分屬3條支路的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副呈相互平行配置，靜平臺(tái)上分屬3條支路的4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副亦呈相互平行配置。
2.按照權(quán)利1要求所述并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其廣義支路可4用由4個(gè)相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副和2個(gè)球副串聯(lián)而成的回路替代，兩球副所在構(gòu)件與動(dòng)平臺(tái)聯(lián)接，且與動(dòng)平臺(tái)上其余兩轉(zhuǎn)動(dòng)副相互平行。
3.按照權(quán)利1或2要求所述機(jī)構(gòu)，靜平臺(tái)上4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副可用移動(dòng)副替代，但移動(dòng)副應(yīng)垂直于替代轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線。
4.按照權(quán)利1或2要求所述機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)相同的兩支路中，相互垂直的兩轉(zhuǎn)動(dòng)副可用萬(wàn)向節(jié)替代。
5.按照權(quán)利1或2要求所述機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)相同的兩支路之一(或全部)可用兩個(gè)球副和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)而成的支路替代；亦可用兩個(gè)球副和一個(gè)移動(dòng)副串聯(lián)而成的支路替代。
全文摘要
提供一類(8種)4自由度(兩平移兩轉(zhuǎn)動(dòng))并聯(lián)機(jī)構(gòu)。其中一種由動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)和3條支路組成。兩條支路結(jié)構(gòu)相同，由3個(gè)相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副和垂直于它們的2個(gè)相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)而成；第3條為廣義支路，由6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面6桿回路串聯(lián)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(其軸線與6桿之一連心線重合)組成。支路在兩平臺(tái)之間的配置方式是動(dòng)平臺(tái)上分屬3條支路的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副呈相互平行配置，靜平臺(tái)上分屬3條支路的4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副亦呈相互平行配置。驅(qū)動(dòng)靜平臺(tái)上四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，即可控制動(dòng)平臺(tái)的兩平移兩轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。該機(jī)構(gòu)具有非期望輸出為常量、運(yùn)動(dòng)學(xué)正解容易、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、剛性好、便于制造等優(yōu)點(diǎn)。為虛軸機(jī)床、機(jī)器人等提供新機(jī)型，為其開(kāi)發(fā)與實(shí)用化提供了可能。
文檔編號(hào)B23Q41/00GK1463824SQ02137859
公開(kāi)日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者楊廷力 申請(qǐng)人:楊廷力