專利名稱：三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械學(xué)領(lǐng)域，具體為一種三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)。所謂解耦機(jī)構(gòu)是指并聯(lián)機(jī)構(gòu)在某個(gè)方向上的平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)僅僅依賴于該方向上驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)作，而其他方向上的驅(qū)動(dòng)單元不作有效動(dòng)作的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。國(guó)際專利分類號(hào)擬為IPC.CL7.B25J 9/08。
為了清楚描述并聯(lián)機(jī)構(gòu)解耦問(wèn)題，首先對(duì)以下定義作出說(shuō)明解耦如果并聯(lián)機(jī)構(gòu)在某方向的平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)僅依賴于該方向上的驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)作，而其他方向上的驅(qū)動(dòng)單元不作有效動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)組合，則稱之為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦。解耦可以分為無(wú)條件解耦、有條件解耦和瞬時(shí)解耦三種。
無(wú)條件解耦如果并聯(lián)機(jī)構(gòu)在任意位置和姿態(tài)下都是解耦的，則稱之為無(wú)條件解耦或完全解耦；有條件解耦如果并聯(lián)機(jī)構(gòu)在任意位置和特定初始姿態(tài)下是解耦的，則稱之為有條件解耦或限制解耦；瞬時(shí)解耦如果并聯(lián)機(jī)構(gòu)僅在特定位置和特定初始姿態(tài)下是解耦的，則稱之為瞬時(shí)解耦或點(diǎn)解耦。
迄今，發(fā)明人在并聯(lián)機(jī)構(gòu)解耦方面已有一些研究成果例如，專利文獻(xiàn)“六自由度虛擬軸機(jī)床”(參見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專利，公開(kāi)號(hào)為CN1261018A)報(bào)道了并聯(lián)機(jī)構(gòu)在空間一個(gè)位置(即初始位置)處的解耦，并因此降低了整機(jī)的耦合度，但除初始位置外，其它位置仍是耦合的，因此該項(xiàng)技術(shù)屬于瞬時(shí)解耦或點(diǎn)解耦；又例如，專利文獻(xiàn)“3、4、5、6自由度結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人”(參見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專利ZL00100198.1、ZL00100197.3、ZL00100196.5和ZL99121020.4)和“可重組模塊化3-6自由度結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人”(參見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專利，公開(kāi)號(hào)為CN1377757A)報(bào)道了在并聯(lián)解耦研究的進(jìn)展情況，但這些并聯(lián)機(jī)構(gòu)僅適用于微動(dòng)領(lǐng)域，原因是其解耦是近似的，且隨著工作空間的加大，各驅(qū)動(dòng)單元之間的耦合度會(huì)隨之相應(yīng)增加，這就意味著該并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)的實(shí)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(guān)系，必須限制該并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)用于一定范圍的微動(dòng)操作，否則就是非解耦的，因此該項(xiàng)技術(shù)仍具有瞬時(shí)解耦的特點(diǎn)，本質(zhì)上也屬于瞬時(shí)解耦。此外，關(guān)于有條件和無(wú)條件解耦的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，無(wú)論是在宏動(dòng)領(lǐng)域還是在微動(dòng)領(lǐng)域，尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，包括具有支撐板A、B、C的機(jī)座、動(dòng)平臺(tái)，分別固連在機(jī)座支撐板A、B、C上和動(dòng)平臺(tái)之間且彼此正交布置的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于所述的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元包括與所述對(duì)應(yīng)支撐板固連的導(dǎo)軌座，配裝在導(dǎo)軌座上的滑臺(tái)，固連在導(dǎo)軌座上并與滑臺(tái)相連的驅(qū)動(dòng)器，以及一端固連在滑臺(tái)上、另一端固連在動(dòng)平臺(tái)上的平面二自由度移動(dòng)副。
本發(fā)明三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，由于獨(dú)特設(shè)計(jì)了分別固連在機(jī)座支撐板A、B、C上和動(dòng)平臺(tái)之間且彼此正交布置的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同的驅(qū)動(dòng)單元，并且其中任意一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元執(zhí)行驅(qū)動(dòng)工作時(shí)，其它兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)牽連運(yùn)動(dòng)或者協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)產(chǎn)生耦合運(yùn)動(dòng)，因此可以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)解耦，并且是無(wú)條件解耦，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的主要目的或者說(shuō)解決本發(fā)明的主要技術(shù)問(wèn)題。又由于本發(fā)明所述的驅(qū)動(dòng)單元基本為常用的機(jī)械機(jī)構(gòu)或零部件的組合，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，控制容易(無(wú)耦合運(yùn)動(dòng)，因此僅需要對(duì)工作的驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行控制，不需要考慮各驅(qū)動(dòng)單元同步控制問(wèn)題)，運(yùn)動(dòng)精度高(因解耦徹底)，工作空間不受限制(既適用于微動(dòng)領(lǐng)域，也適用于宏動(dòng)領(lǐng)域)，同時(shí)成本降低的優(yōu)點(diǎn)。
經(jīng)檢索，國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)相同或相似技術(shù)的文獻(xiàn)報(bào)道。
在這一實(shí)施例中，當(dāng)任一驅(qū)動(dòng)單元2(例如支撐板A上的驅(qū)動(dòng)單元2a)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)3運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以順利帶動(dòng)其它兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元2(即支撐板B、C上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元2b、2c)上的平面二自由度移動(dòng)副21產(chǎn)生平面牽連運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生動(dòng)平臺(tái)3與這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元2之間的相對(duì)移動(dòng)，從而使工作的驅(qū)動(dòng)單元2(2a)與另外兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元2(2b、2c)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，也即實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)單元2a的運(yùn)動(dòng)解耦，并且是無(wú)條件解耦。由于三個(gè)驅(qū)動(dòng)單元2(2a、2b、2c)結(jié)構(gòu)形式完全一樣，因此在X、Y、Z三個(gè)方向上都可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦，并且是無(wú)條件解耦。即順利實(shí)現(xiàn)本發(fā)明機(jī)構(gòu)的三自由度解耦運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明所述的平面二自由度移動(dòng)副21上的兩個(gè)方向移動(dòng)副正交布置或者非正交布置，也就是說(shuō)，既可正交布置(如

圖1、2、3所示)，也可非正交布置(也即成一定角度布置，容易理解，未給出示意圖)。這可根據(jù)需要選擇，但考慮到在動(dòng)平臺(tái)3工作空間一定時(shí)，雙向移動(dòng)副的正交布置可使每一向移動(dòng)副的移動(dòng)距離最小，因此實(shí)施例優(yōu)選正交布置。
本發(fā)明三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)的機(jī)座1的三塊支撐板A、B、C的安裝方式并不受實(shí)施例限制，也就是說(shuō)它們既可相互垂直布置(如圖1所示)，也可不相互垂直布置，還可以相互平行布置(也即成一定角度布置，容易理解，未給出示意圖)，只要保證三個(gè)驅(qū)動(dòng)單元2彼此正交被牢固安裝在其上即可。這可根據(jù)實(shí)際需要選擇。
很明顯，當(dāng)本發(fā)明三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)在某一方向或者自由度上作某種限定(例如固定任意一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元)，則并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)將相應(yīng)降低，將變成平面二自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，因此本發(fā)明三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)具有自由度向下兼容能力。具體應(yīng)用取決于實(shí)際需要。
權(quán)利要求
1.一種三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，包括具有支撐板A、B、C的機(jī)座(1)、動(dòng)平臺(tái)(3)、分別固連在機(jī)座(1)支撐板A、B、C上和動(dòng)平臺(tái)(3)之間且彼此正交布置的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同的驅(qū)動(dòng)單元(2)，其特征在于所述的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元(2)包括與所述對(duì)應(yīng)支撐板固連的導(dǎo)軌座(23)，配裝在導(dǎo)軌座(23)上的滑臺(tái)(22)，固連在導(dǎo)軌座(23)上并與滑臺(tái)(22)相連的驅(qū)動(dòng)器(24)，以及一端固連在滑臺(tái)(22)上、另一端固連在動(dòng)平臺(tái)(3)上的平面二自由度移動(dòng)副(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的平面二自由度移動(dòng)副(21)上的兩個(gè)方向移動(dòng)副彼此之間正交布置或者非正交布置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)。它包括具有支撐板A、B、C的機(jī)座、動(dòng)平臺(tái)，分別固連在機(jī)座支撐板A、B、C上和動(dòng)平臺(tái)之間且彼此正交布置的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于所述的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元包括與所述對(duì)應(yīng)支撐板固連的導(dǎo)軌座，配裝在導(dǎo)軌座上的滑臺(tái)，固連在導(dǎo)軌座上并與滑臺(tái)相連的驅(qū)動(dòng)器，以及一端固連在滑臺(tái)上、另一端固連在動(dòng)平臺(tái)上的平面二自由度移動(dòng)副。本發(fā)明的三自由度并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)?？蓪?shí)現(xiàn)無(wú)條件解耦，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制容易，運(yùn)動(dòng)精度高，成本較低，工作空間不受限制等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J9/00GK1462670SQ0312999
公開(kāi)日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2003年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月6日
發(fā)明者李為民, 高峰, 張建軍 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)