專利名稱：一種1t2r并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種1T2R的并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺，實現(xiàn)對曲面工件位置與姿態(tài)的自動調(diào)整，以達到最理想的加工位姿，特別針對非常規(guī)曲面零件的加工，如用于航空發(fā)動機葉片或汽輪機葉片的激光強化過程中葉片位置與姿態(tài)的調(diào)整。本發(fā)明設計提出了通過并聯(lián)機構實現(xiàn)1T2R三自由度調(diào)整的具有很好解耦性的位姿調(diào)整平臺。
背景技術：
1965年Stewart提出的Stewart平臺由上下平臺及6根驅動桿組成,驅動桿可以獨立地伸縮，且分別通過由球鉸鏈與上下平臺連接，這樣，上平臺具有6個自由度。隨著對各種并聯(lián)機構研究的不斷深入，人們將凡是把上下平臺通過兩個或兩個以上支鏈相連接，機構具有兩個或兩個以上自由度，且驅動方式為并聯(lián)驅動的機構統(tǒng)稱為并聯(lián)機構。相對于傳統(tǒng)的串聯(lián)式機構而言，并聯(lián)機構具有承載能力大、剛度高、運動速度快、精度高、動力學性能好等優(yōu)點，可應用于加工中心、分揀機構、醫(yī)療輔助器械等領域。由于結構的限制，6自由度并聯(lián)機構有許多技術問題沒能很好解決，如運動耦合性強、運動學正解復雜、工作空間小、傳動特性差等。少自由度并聯(lián)機器人機構在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應用前景，不少學者研究了多種該類型的機構，尤其是三自由度并聯(lián)機構，例如，專利文獻“具有不同結構驅動分支的三自由度并聯(lián)機器人機構”(公開號CN101244560A)和“基于三自由度并聯(lián)機構的六自由度并串聯(lián)位姿測量機”(公開號CN1393321A)分別提出了兩種不同的并聯(lián)機構，理論上也都可以達到預定的效果，但是機構具有很強的耦合性，在實際生產(chǎn)應用中很難實現(xiàn)有效的控制；又例如專利文獻，"3自由度結構解耦并聯(lián)微動機器人”(專利號ZL00100198. I)和“可重組模塊化3_6自由度結構解耦并聯(lián)微動機器人”(公開號CN1377757A)報道了在并聯(lián)解耦研究的進展情況，但這些并聯(lián)機構僅適用于微動領域，原因是其解耦是近似的，且隨著工作空間的加大，各驅動單元之間的藕合度會隨之相應增加，這就意味著該并聯(lián)解耦機構的實際工作空間僅為幾微米；換言之，為了保持輸入輸出之間的近似解耦關系，必須限制該并聯(lián)解耦機構用于一定范圍的微動操作，否則就是非解耦的，因此該項技術仍具有瞬時解耦的特點，本質上也屬于瞬時解耦。所以，在目前為止，解耦性好，同時工作空間大，承載力好的一平移兩轉動的三自由度并聯(lián)平臺尚未見報道，現(xiàn)有的位姿調(diào)整平臺，只能通過簡單的人為控制實現(xiàn)三個方向X、I、Z向的位置平移，無法實現(xiàn)對復雜曲面的3D形狀產(chǎn)品的空間姿態(tài)調(diào)整，更談不上自動化調(diào)整。本發(fā)明提出的1T2R并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺繼承了傳統(tǒng)并聯(lián)機器人剛度重量比大、承載能力強、定位精度高、累積誤差小、動態(tài)性能好、結構緊湊等優(yōu)點，同時又具備良好的解耦性能，控制更加容易實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補現(xiàn)有技術中工件位姿調(diào)整平臺性能的缺陷，本發(fā)明提供了一種可以實現(xiàn)1T2R空間位姿調(diào)整的解耦性好的工作臺，能夠有效地解決復雜曲面工件空間位姿調(diào)整問題。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的研制一種用于曲面工件位姿調(diào)整的1T2R并聯(lián)三自由度平臺，它可以實現(xiàn)沿Z軸的位置移動及繞X、Y軸的姿態(tài)轉動。1T2R并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺包括動平臺、靜平臺、運動鏈一、運動鏈二、運動鏈三，所述運動鏈一、運動鏈二、運動鏈三分別豎直固定安裝在靜平臺上，且呈等腰直角三角形分布，運動鏈三與靜平臺的連接點為直角點；運動鏈一固定在靜平臺的移動副P2通過轉動副Rl與固定在動平臺的圓柱副Cl相連接；運動鏈二固定在靜平臺的圓柱副C2通過轉動副R2與圓柱副C3相連接，圓柱副C3通過轉動副R3與動平臺相連接；運動鏈三固定在靜平臺的移動副Pl通過萬向節(jié)與動平臺相連接；在裝配是的初始位置保證當動平臺與靜平臺保持水平時，運動鏈一的圓柱副Cl的軸線和運動鏈二的圓柱副C3的軸線分別于萬向節(jié) 的兩個轉動軸線相重合。本發(fā)明的有益效果是該1T2R并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺很好地解決了現(xiàn)役傳統(tǒng)平臺機構姿態(tài)無法調(diào)整，無法自動定位等問題，并能夠實現(xiàn)大型非常規(guī)曲面零件在強化工序中姿態(tài)、位移的調(diào)整，使得零件全部待加工位置得到最理想的加工效果。本專利描述的1T2R并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺各運動鏈的解耦性好，且因為主動件與靜平臺固定，使得轉動慣量小，保證各運動鏈運動時沒有積累誤差，具有結構緊湊、承載能力大、動態(tài)響應迅速、定位精度高、易于控制、成本低廉等優(yōu)點。


圖I為1T2R并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺結構示意圖一。圖2為1T2R并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺結構示意圖二。圖3為1T2R并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺結構簡圖。圖中，1，動平臺；2，運動鏈一 ；3，靜平臺；4，運動鏈二 ；5，運動鏈三；6萬向節(jié)。
具體實施例方式本發(fā)明中所提及的1T2R并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺由動平臺(I)、靜平臺(3)、運動鏈一(2)、運動鏈二(4)、運動鏈三(5)組成，它可以實現(xiàn)工件沿Z軸的位置平移及繞X、Y軸的姿態(tài)轉動。其中，運動鏈一(2)、運動鏈二(4)、運動鏈三(5)分別豎直固定安裝在靜平臺(3)上，且呈等腰直角三角形分布，圖I中，A0=B0，Z AOB為直角；運動鏈一(2)固定在靜平臺的移動副P2通過轉動副Rl與固定在動平臺(I)的圓柱副Cl相連接；運動鏈二(4)固定在靜平臺的圓柱副C2通過轉動副R2與圓柱副C3相連接，圓柱副C3通過轉動副R3與動平臺(I)相連接；運動鏈三(5)固定在靜平臺的移動副Pl通過萬向節(jié)(6)與動平臺(I)相連接，且在裝配是的初始位置保證當動平臺(I)與靜平臺(3)保持水平時，運動鏈一(2)的圓柱副Cl的軸線和運動鏈二(4)的圓柱副C3的軸線分別于萬向節(jié)(6)的兩個轉動軸線相重合。在本發(fā)明中，三條運動鏈都為主動運動鏈，運動鏈一(2)和運動鏈三(5)的驅動分別為移動副P2和Pl ;運動鏈二(4)的驅動為圓柱副C2，但是只提供沿Z軸方向的驅動，繞Z軸方向的轉動則為從動。
這樣，當三條運動鏈的三個驅動同時伸縮且運動規(guī)律相同時，動平臺(I)則沿Y軸運動，當運動鏈一(2)相對于運動鏈二(4)和運動鏈三(5)運動時，動平臺(I)則繞Y軸運動，當運動鏈二( 4)相對于運動鏈一(2 )和運動鏈三(5 )運動時，動平臺(I)則繞X軸運動。這樣，通過三條運動鏈的配合運動，就能實現(xiàn)動平臺繞X軸、y軸的轉動及z軸方向的移動。本發(fā)明中所描述的混聯(lián)六自由度工作臺具有高度柔性，對復雜曲面工件，可以不斷調(diào)整自身位姿，以使工件待加工處位姿實時變化，從而達到最理想的加工效果。
本發(fā)明可以采用立姿與臥姿兩種實施方式，立姿主要用于工件尺寸較小、位姿調(diào)整范圍較小的情況下，臥姿主要用于工件尺寸較大、位姿調(diào)整范圍較大的情況。
權利要求
1.一種1T2R的并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺，其特征是包括動平臺(I)、靜平臺(3)、運動鏈一(2)、運動鏈二( 4 )、運動鏈三(5 )，所述運動鏈一(2)、運動鏈二( 4 )、運動鏈三(5 )分別豎直固定安裝在靜平臺(3)上，且呈等腰直角三角形分布，運動鏈三(5)與靜平臺(3)的連接點為直角點；運動鏈一(2)固定在靜平臺的移動副P2通過轉動副Rl與固定在動平臺(I)的圓柱副Cl相連接；運動鏈二(4)固定在靜平臺的圓柱副C2通過轉動副R2與圓柱副C3相連接，圓柱副C3通過轉動副R3與動平臺(I)相連接；運動鏈三(5)固定在靜平臺的移動副Pl通過萬向節(jié)(6)與動平臺(I)相連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的種1T2R的并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺，其特征是當動平臺(O與靜平臺(3)保持水平時，運動鏈一(2)的圓柱副Cl的軸線和運動鏈二(4)的圓柱副C3的軸線分別于萬向節(jié)(6)的兩個轉動軸線相重合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種1T2R并聯(lián)三自由度位姿調(diào)整平臺，屬于機械領域。本發(fā)明包括動平臺(1)、靜平臺(3)、運動鏈一(2)、運動鏈二(4)、運動鏈三(5)，該裝置能夠有效地解決非常規(guī)曲面工件加工過程中，傳統(tǒng)工作平臺無法自動調(diào)整空間位姿，無法自動定位或定位不精確等問題，使得工件位姿實時調(diào)整，以達到最好的加工效果。該工作臺且具有解耦性好、工作時轉動慣量小、承載能力大、動態(tài)響應迅速、定位精度高、易于控制、成本低廉等優(yōu)點。
文檔編號G12B5/00GK102881338SQ20121035347
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權日2012年9月21日
發(fā)明者楊啟志, 訾鵬飛, 莊佳奇, 曹電峰, 尹小琴, 謝俊 申請人:江蘇大學