專利名稱：用于機器人等含平面回路的一類兩平移一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機床、機器人等的執(zhí)行機構(gòu)，具體的說，是為并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛軸數(shù)控機床、并聯(lián)機器人等提供一類新型并聯(lián)機構(gòu)。
并聯(lián)結(jié)構(gòu)數(shù)控機床是指以并聯(lián)機構(gòu)為執(zhí)行機構(gòu)的機床，該機床被認為是二十世紀以來機床結(jié)構(gòu)的一次革命。目前在美國、日本等國已研制出這種機床的樣機，所采用的并聯(lián)機構(gòu)均為傳統(tǒng)的斯圖爾特(Stewart)機構(gòu)。這種控制刀具在空間的位置和姿態(tài)變化的機構(gòu)主要由基座、運動平臺和連桿組成，基座和運動平臺之間由連桿相連，連桿兩端分別為球副和萬向節(jié)。該機構(gòu)有6個連桿，但連桿的長度可調(diào)，通過控制6根連桿的長度，改變刀具在空間的位姿。但這類機構(gòu)有很多關(guān)鍵性技術(shù)沒能完全解決。如，(1)運動學正解困難；(2)運動平臺位姿是輸入的強耦合，不利于控制；(3)機構(gòu)復雜，使其工作空間較?。?4)制造高精度球副困難等。
對虛軸機床而言，許多場合需要提供自由度大于3且小于6的更簡單的并聯(lián)機構(gòu)。例如，對4軸聯(lián)動數(shù)控機床，可提供3自由度(兩平移一轉(zhuǎn)動)并聯(lián)平臺機構(gòu)。就可用于對空間曲面(如模具、葉輪等)的加工。因此，虛軸數(shù)控機床、機器人等的發(fā)展和實用化，需要創(chuàng)造出優(yōu)于現(xiàn)有機構(gòu)的新機型。
本發(fā)明目的是提供一類(6種)3自由度(兩平移一轉(zhuǎn)動)并聯(lián)機構(gòu)。該機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作空間較大、便于制造、安裝等優(yōu)點。特別是運動學正解較為簡單且部分控制解耦性，可簡化并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛軸機床和機器人系統(tǒng)的控制與軌跡規(guī)劃的復雜性。為虛軸機床、機器人、微動操作手等提供新機型，為其開發(fā)與實用化提供可能。
附

圖1是本發(fā)明機構(gòu)簡圖。它由動平臺(1)、靜平臺(2)和結(jié)構(gòu)不相同的兩條廣義支路組成。第一條廣義支路由移動副(P11)、垂直于移動副的4個轉(zhuǎn)動副(R91、R92、R93、R94)組成的平行四邊形回路、以及軸線分別與四邊形對邊重合的兩轉(zhuǎn)動副(R10、R8)串聯(lián)而成。第二條廣義支路由3個轉(zhuǎn)動副(R3、R4、R5)和2個移動副(P1、P5)的5桿平面回路與兩個相互垂直的轉(zhuǎn)動副(R6、R7)(其一軸線與5桿回路中間的轉(zhuǎn)動副(R3)重合)串聯(lián)而成。兩廣義支路端部構(gòu)件分別固聯(lián)在動、靜平臺上位于動平臺上兩轉(zhuǎn)動副(R7、R8)呈相互平行配置，位于靜平臺上3個移動副(P1、P5、P11)亦呈相互平行配置。
附圖1中，含5桿平面回路的廣義支路可用含6桿平面回路的廣義支路替代。它由2個移動副(P1、P6)與4個轉(zhuǎn)動副(R2、R3、R4、R5)的6桿平面回路串聯(lián)一個轉(zhuǎn)動副(P7)(其軸線與回路中間構(gòu)件連心線重合)而成，在動、靜平臺之間的配置方位不變，如附圖2所示。
附圖1中，第一條含平行四邊形回路的廣義支路可用一條新的支路替代。它由一個移動副(P12)、垂直于移動副且相互平行的兩個轉(zhuǎn)動副(R10、R11)和垂直于前兩個轉(zhuǎn)動副且相互平行的另兩個轉(zhuǎn)動副(R8、R9)串聯(lián)而成，在動、靜平臺之間的配置方位不變，如圖3所示。
附圖3中，含有5桿平面回路的廣義支路可用含6桿平面回路的廣義支路替代。它由2個移動副(P1、P6)與4個轉(zhuǎn)動副(R2、R3、R4、R5)的6桿平面回路串聯(lián)一個轉(zhuǎn)動副(P7)(其軸線與回路中間構(gòu)件連心線重合)而成，在動、靜平臺之間的配置方位不變，如附圖4所示。
附圖1中，第一條含平行四邊形回路的廣義支路可用一條新的支路替代，它由一個移動副(P11)、垂直于移動副的4個轉(zhuǎn)動副(R101、R102、R103、R104)組成的平行四邊形回路、以及軸線與四邊形一構(gòu)件連心線相重合的轉(zhuǎn)動副(R9)串聯(lián)而成；同時，附圖1中第二條含5桿平面回路的廣義支路再增加串聯(lián)一轉(zhuǎn)動副(R8)(其軸線平行于原末端轉(zhuǎn)動副)。兩廣義支路端部構(gòu)件分別固聯(lián)在動、靜平臺上位于動平臺上兩轉(zhuǎn)動副(R8、R9)呈相互平行配置，位于靜平臺上3個移動副(P1，P5，P11)亦呈相互平行配置，如附圖5所示。
附圖5中，第二條含5桿平面回路的廣義支路可用含6桿平面回路的廣義支路替代，它由2個移動副(P1，P6)與4個轉(zhuǎn)動副(R2，R3，R4，R5)的6桿平面回路和兩個相互平行的轉(zhuǎn)動副(R7，R8)(其一軸線與回路中間構(gòu)件連心線重合)串聯(lián)而成，在動、靜平臺之間的配置方位不變，如附圖6所示。
附圖1或附圖2中，平行四邊形回路及其對邊兩構(gòu)件連心線上串聯(lián)的兩個轉(zhuǎn)動副，可以用4個球面副(S1，S2，S3，S4)組成的平行四邊形替代，如圖7所示。
附圖5或附圖6中，平行四邊形回路及其一構(gòu)件連心線上串聯(lián)的轉(zhuǎn)動副，可以用2個轉(zhuǎn)動副和2個球面副(S3，S4)組成的平行四邊形回路替代，如圖8所示。
附圖2、附圖4或附圖6中，6桿平面回路中間構(gòu)件及其連心線上串聯(lián)的轉(zhuǎn)動副可用有兩個球面副(S1，S2)的構(gòu)件替代，如附圖9所示。
本發(fā)明為一類3自由度(兩平移一轉(zhuǎn)動)新型并聯(lián)機構(gòu)。該機構(gòu)具有以下特點
(1)機構(gòu)工作平臺具有兩平移一轉(zhuǎn)動運動輸出，且非期望運動輸出為常量；(2)機構(gòu)存在過約束回路，其剛性好、結(jié)構(gòu)較簡單；(3)運動學正解簡單，且存在部分控制解耦性；(4)當本發(fā)明機構(gòu)由轉(zhuǎn)動副、移動副及萬向節(jié)組成時，易于精密加工，利于提高并聯(lián)機構(gòu)的運動精度。
總之，本發(fā)明為虛軸數(shù)控機床、機器人、微動操作手等，提供了具有上述特點的新機型，利于新型機床、機器人、微動操作手的開發(fā)與實用化。
權(quán)利要求
1.一種可用于虛軸數(shù)控機床、機器人等的3自由度(兩平移一轉(zhuǎn)動)并聯(lián)機構(gòu)，其組成包括，動平臺(1)、靜平臺(2)和結(jié)構(gòu)不相同的兩條廣義支路，第一條廣義支路由移動副、垂直于移動副的4個轉(zhuǎn)動副組成的平行四邊形回路、以及軸線分別與四邊形對邊重合的兩轉(zhuǎn)動副串聯(lián)而成，第二條廣義支路由3個轉(zhuǎn)動副和2個移動副的5桿平面回路與兩個相互垂直的轉(zhuǎn)動副(其一軸線與5桿回路中間的轉(zhuǎn)動副重合)串聯(lián)而成，兩廣義支路端部構(gòu)件分別固聯(lián)在動、靜平臺上位于動平臺上兩轉(zhuǎn)動副呈相互平行配置，位于靜平臺上3個移動副亦呈相互平行配置。
2.按照權(quán)利1要求所述機構(gòu)，含5桿平面回路的廣義支路可用含6桿平面回路的廣義支路替代。它由2個移動副與4個轉(zhuǎn)動副的6桿平面回路串聯(lián)一個轉(zhuǎn)動副(其軸線與回路中間構(gòu)件連心線重合)而成，在動、靜平臺之間的配置方位不變。
3.按照權(quán)利1要求所述機構(gòu)，第一條含平行四邊形回路的廣義支路可用一條新的支路替代。它由一個移動副、垂直于移動副且相互平行的兩個轉(zhuǎn)動副和垂直于前兩個轉(zhuǎn)動副且相互平行的另兩個轉(zhuǎn)動副串聯(lián)而成，在動、靜平臺之間的配置方位不變。
4.按照權(quán)利3要求所述機構(gòu)，含有5桿平面回路的廣義支路可用含6桿平面回路的廣義支路替代。它由2個移動副與4個轉(zhuǎn)動副的6桿平面回路串聯(lián)一個轉(zhuǎn)動副(其軸線與回路中間構(gòu)件連心線重合)而成，在動、靜平臺之間的配置方位不變。
5.按照權(quán)利1要求所述機構(gòu)，第一條含平行四邊形回路的廣義支路可用一條新的支路替代，它由一個移動副、垂直于移動副的4個轉(zhuǎn)動副組成的平行四邊形回路、以及軸線與四邊形一構(gòu)件連心線相重合的轉(zhuǎn)動副串聯(lián)而成；同時，第二條含5桿平面回路的廣義支路再增加串聯(lián)—轉(zhuǎn)動副(其軸線平行于原末端轉(zhuǎn)動副)，兩廣義支路端部構(gòu)件分別固聯(lián)在動、靜平臺上位于動平臺上兩轉(zhuǎn)動副呈相互平行配置，位于靜平臺上3個移動副亦呈相互平行配置。
6.按照權(quán)利5要求所述機構(gòu)，第二條含5桿平面回路的廣義支路可用含6桿平面回路的廣義支路替代，它由2個移動副與4個轉(zhuǎn)動副的6桿平面回路和兩個相互平行的轉(zhuǎn)動副(其一軸線與回路中間構(gòu)件連心線重合)串聯(lián)而成，在動、靜平臺之間的配置方位不變。
7.按照權(quán)利1或權(quán)利2所述機構(gòu)，平行四邊形回路及其對邊兩構(gòu)件連心線上串聯(lián)的兩個轉(zhuǎn)動副，可以用4個球面副組成的平行四邊形替代。
8.按照權(quán)利2、權(quán)利4或權(quán)利6要求所述機構(gòu)，6桿平面回路中間構(gòu)件及其連心線上串聯(lián)的轉(zhuǎn)動副可用有兩個球面副的構(gòu)件替代。
9.按照權(quán)利5或權(quán)利6要求所述機構(gòu)，平行四邊形回路及其一構(gòu)件連心線上串聯(lián)的轉(zhuǎn)動副，可以用2個轉(zhuǎn)動副和2個球面副組成的平行四邊形回路替代。
全文摘要
提供一類(6種)3自由度(兩平移一轉(zhuǎn)動)并聯(lián)機構(gòu)。一種由動平臺、靜平臺和結(jié)構(gòu)不相同的兩條廣義支路組成，第一條廣義支路由移動副、垂直于移動副的4個轉(zhuǎn)動副組成的平行四邊形回路、以及軸線分別與四邊形對邊重合的兩轉(zhuǎn)動副串聯(lián)而成，第二條廣義支路由3個轉(zhuǎn)動副和2個移動副的5桿平面回路與兩個相互垂直的轉(zhuǎn)動副(其一軸線與5桿回路中間的轉(zhuǎn)動副重合)串聯(lián)而成，兩廣義支路端部構(gòu)件分別固聯(lián)在動、靜平臺上位于動平臺上兩轉(zhuǎn)動副呈相互平行配置，位于靜平臺上3個移動副亦呈相互平行配置。驅(qū)動靜平臺上3個移動副，即可控制動平臺的兩平移一轉(zhuǎn)動輸出。該機構(gòu)具有非期望輸出為常量、運動學正解容易、結(jié)構(gòu)較簡單、剛性好、便于制造等優(yōu)點。為虛軸機床、機器人等提供新機型，為其開發(fā)與實用化提供了可能。
文檔編號B23Q1/25GK1397404SQ02137928
公開日2003年2月19日 申請日期2002年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月10日
發(fā)明者楊廷力 申請人:楊廷力