專利名稱：一種構(gòu)型及尺度可重構(gòu)的并聯(lián)機器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種構(gòu)型及尺度均可重構(gòu)的新型并聯(lián)機器的設(shè)計，屬機械制造、機器人技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展，產(chǎn)品的生命周期變短，市場的變化越來越快，因此企業(yè)必須快速且有 效地響應(yīng)市場變化，推出滿足市場的新產(chǎn)品。為了利用有限的資源提高企業(yè)的生產(chǎn)能力就要 求有效地利用現(xiàn)有的制造裝備，通過對裝備的改造而改變工藝以及產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量等。
并聯(lián)機器是一種新型的運動結(jié)構(gòu)的操作機，與傳統(tǒng)串聯(lián)機器相比，具有許多優(yōu)點，如結(jié) 構(gòu)簡單，速度/加速度大，姿態(tài)能力強，容易實現(xiàn)多自由度等，因此是串聯(lián)機器的重要補充。 不同構(gòu)型及尺度的并聯(lián)機器具有不同的工作性能，要根據(jù)具體需求進行設(shè)計，如果并聯(lián)機器 不可重構(gòu)，則當(dāng)需求變化時就需要重新進行設(shè)計和制造，降低了對市場的響應(yīng)速度，增加了 成本。
因為大多數(shù)并聯(lián)機器組成結(jié)構(gòu)類似，包含一些簡單和相同的模塊，區(qū)別僅在于支鏈的數(shù) 量、規(guī)格和配置，所以，將并聯(lián)機器的各組件模塊或部件模塊的接口標(biāo)準(zhǔn)化后，就可以通過 這些模塊重構(gòu)出不同構(gòu)型及尺度的并聯(lián)機器，適應(yīng)市場需要的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種可重構(gòu)的新型并聯(lián)機器，其構(gòu)型及尺度均可以進行變化。根據(jù) 工作需求，確定構(gòu)型及尺度，再從元件庫中選擇適當(dāng)?shù)脑M行裝配，配置出性能滿足需求 的并聯(lián)機器；當(dāng)工作需求發(fā)生變化時，可以重構(gòu)出滿足新工作任務(wù)需求的并聯(lián)機器。
本發(fā)明公開了一種構(gòu)型及尺度可重構(gòu)的并聯(lián)機器，包括由靜平臺框架組件、數(shù)個擴展件、 一系列可實現(xiàn)伸縮及滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈組件、 一系列動平臺、末端執(zhí)行器部件及適用 各種構(gòu)型及尺度的數(shù)控系統(tǒng)；其特征在于所述的靜平臺框架組件由上下兩個具有基準(zhǔn)面和 平板以及支架組成，所述的平板的基準(zhǔn)面位于平板靠并聯(lián)機器的內(nèi)側(cè)，基準(zhǔn)面上的一系列定 位孔，且定位孔位于不同直徑的一些分布圓以及一些直線上；所述的擴展件兩面均為基準(zhǔn)面， 且含有定位孔；所述的一系列動平臺具有定位孔，不同的動平臺的定位孔處于不同直徑的分 布圓上，且定位孔規(guī)格與擴展件上的相同；所述的一系列可實現(xiàn)伸縮及滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動 支鏈組件結(jié)構(gòu)如專利《用于可重構(gòu)并聯(lián)機床的模塊化驅(qū)動支鏈結(jié)構(gòu)》(中國專利號 03137758.0)，包括直線驅(qū)動單元模塊、工作臺模塊、定長桿模塊、兩個球鉸副模塊和以及三
個桿固定模塊、和；所述直線驅(qū)動單元模塊包括支座、絲桿螺母、絲杠及驅(qū)動絲杠的電機， 其特征在于所述的模塊化驅(qū)動支鏈結(jié)構(gòu)還包括兩個可變安裝角度模塊和；所述工作臺模塊 具有三個接口，分別為與所述絲桿螺母的接口、與所述可變安裝角度模塊的接口以及與所述 桿固定模塊的接口；所述球鉸副模塊具有與桿固定模塊的接口，此接口的幾何特征尺寸及連 接方式和所述工作臺模塊與桿固定模塊的接口的相同；所述直線驅(qū)動單元模塊中的支座在其 電機軸伸出方向相反的方向的一端上有一段伸出桿，這段桿的外徑與所述定長桿模塊外徑相 同；所述的模塊化驅(qū)動支鏈結(jié)構(gòu)按照實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能或滑塊驅(qū)動功能的需求，將上述各 模塊及其接口順序連接起來。所述模塊化驅(qū)動支鏈組件實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能時的模塊連接方 式如下所述直線驅(qū)動單元模塊與其電機軸伸出方向相反的方向的一端依次連接桿固定模塊、 球鉸副模塊和位置固定的可變安裝角度模塊；所述直線驅(qū)動單元模塊在另一端通過絲桿螺母 與工作臺模塊連接，工作臺模塊通過其接口依次連接桿固定模塊、套于絲桿上的定長桿模塊、 桿固定模塊、球鉸副模塊和可變安裝角度模塊。其特征在于所述模塊化驅(qū)動支鏈組件實現(xiàn)滑 塊驅(qū)動功能時的模塊連接方式如下所述直線驅(qū)動單元模塊的支座固定，所述絲桿螺母與工 作臺模塊連接；所述工作臺模塊沿垂直于直線驅(qū)動單元模塊的絲桿方向的接口依次連接可變 安裝角度模塊、球鉸副模塊、桿固定模塊，定長桿模塊、桿固定模塊、球鉸副模塊和可變安 裝角度模塊；所述數(shù)控系統(tǒng)具有計算各種構(gòu)型及尺度并聯(lián)機器中所述的末端執(zhí)行器輸出點位 移與并聯(lián)機器中所述的驅(qū)動支鏈輸入位移的逆解關(guān)系(此功能以下簡稱為"虛實變換")的模 塊，以及開放式的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；所述的可重構(gòu)并聯(lián)機器根據(jù)工作需求，將上述組件、部件 及數(shù)控系統(tǒng)進行裝配和組合。
本發(fā)明所述的可重構(gòu)并聯(lián)機器的裝配和組合方式如下對所述靜平臺框架平板的基準(zhǔn)面 上所使用的定位孔、所述擴展件的數(shù)量、所述驅(qū)動支鏈組件的驅(qū)動方式及定長桿長度、所述 動平臺中所使用的定位孔進行選擇，確定滿足了并聯(lián)機器構(gòu)型及尺度的需求后，所述靜平臺 框架平板的基準(zhǔn)面與所述擴展件通過相應(yīng)的定位孔進行連接，所述擴展件與所述實現(xiàn)伸縮式 驅(qū)動的支鏈的一個角度變換模塊通過相應(yīng)的定位孔連接，或與所述實現(xiàn)滑塊式驅(qū)動的支鏈的 直線驅(qū)動單元通過相應(yīng)的定位孔連接，所述實現(xiàn)伸縮式驅(qū)動的支鏈的另一個角度變換模塊或 與所述實現(xiàn)滑塊式驅(qū)動的支鏈的另一個空余的角度變換模塊與所述動平臺相應(yīng)的定位孔相連 接，所述末端執(zhí)行器部件與動平臺連接；所述數(shù)控系統(tǒng)與所述支鏈的直線驅(qū)動單元模塊中的 電機連接。
本發(fā)明所述可重構(gòu)并聯(lián)機器的結(jié)構(gòu)可以快速從一種構(gòu)型及尺度的并聯(lián)機器轉(zhuǎn)換成另一種 構(gòu)型及尺度的并聯(lián)機器。
本發(fā)明所述可重構(gòu)并聯(lián)機器的擴展件數(shù)量超過1個。 本發(fā)明所述可重構(gòu)并聯(lián)機器的支鏈的數(shù)量在3-6之間。
本發(fā)明所述靜平臺框架組件的平板的基準(zhǔn)面上定位孔所處不同直徑的分布圓超過3個。 本發(fā)明所述一系列可實現(xiàn)伸縮及滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈組件的不同長度的定長桿的規(guī)
格數(shù)超過3個。
本發(fā)明所述一系列動平臺數(shù)量超過3個，其上定位孔所處的分布圓直徑均不同。 本發(fā)明所述數(shù)控系統(tǒng)具有開放式的控制結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述可重構(gòu)并聯(lián)機器裝配中可只使用所述靜平臺框上平板或下平板的基準(zhǔn)面上的 接口，也可以使用所述靜平臺框上平板和下平板的基準(zhǔn)面上的接口組合。
本發(fā)明可以根據(jù)工作需求，確定構(gòu)型及尺度，再從元件庫中選擇適當(dāng)?shù)脑M行裝配， 配置出性能滿足需求的并聯(lián)機器；當(dāng)工作需求發(fā)生變化時，可重新選擇適當(dāng)?shù)脑把b配方 式，重構(gòu)出滿足新的需求的并聯(lián)機器，增加了裝備的柔性，降低了成本，滿足了并聯(lián)機器可 快速變化的需求。


圖1為本發(fā)明的一種構(gòu)型及尺度的可重構(gòu)并聯(lián)機器示意圖。
圖2為本發(fā)明的另一種構(gòu)型及尺度的可重構(gòu)并聯(lián)機器示意圖。
圖3為靜平臺框架組件的示意圖。
圖4為靜平臺框架的平板的示意圖。
圖5為擴展件的示意圖。
圖6為動平臺的示意圖。
圖7為可重構(gòu)并聯(lián)機器數(shù)控系統(tǒng)的軟件層次化結(jié)構(gòu)圖。
圖8為實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動的模塊組合的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為實現(xiàn)滑塊驅(qū)動的模塊組合的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為直線驅(qū)動單元示意圖。
圖11為工作臺模塊的接口示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進一步介紹本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明的一種構(gòu)型及尺度的可重構(gòu)并聯(lián)機器示意圖。其中1為靜平臺框架組件、2 為擴展件、3為具有滿足構(gòu)型和尺度需求的定長桿長度的實現(xiàn)伸縮式驅(qū)動的驅(qū)動支鏈組件、4 為動平臺、5為末端操作器；其中靜平臺框架組件l中的平板上的基準(zhǔn)面與擴展件2通過滿 足構(gòu)型和尺度需求的定位孔進行連接；擴展件2與驅(qū)動支鏈組件3的一個可變安裝角度模塊 通過滿足構(gòu)型和尺度需求的定位孔進行連接，驅(qū)動支鏈組件3的另一個可變安裝角度模塊或 動平臺4通過滿足構(gòu)型和尺度需求的定位孔進行連接，末端執(zhí)行器部件5與動平臺4連接； 實現(xiàn)了 6-SPS型并聯(lián)機器的功能。
圖2為本發(fā)明的另一種構(gòu)型及尺度的可重構(gòu)并聯(lián)機器示意圖。其中1為靜平臺框架組件、 2為擴展件、3為具有滿足構(gòu)型和尺度需求的定長桿長度的實現(xiàn)滑塊式驅(qū)動的驅(qū)動支鏈組件、
4為動平臺、5為末端操作器；其中靜平臺框架組件1中的平板上的基準(zhǔn)面與擴展件2通過滿 足構(gòu)型和尺度需求的定位孔進行連接；擴展件2上通過滿足構(gòu)型和尺度需求的定位孔與驅(qū)動 支鏈組件3的直線驅(qū)動單元模塊進行連接，驅(qū)動支鏈組件3的另一個空余的可變安裝角度模 塊或動平臺4的滿足構(gòu)型和尺度需求的定位孔相連接，末端執(zhí)行器部件5與動平臺4連接； 實現(xiàn)了 6-PSS型并聯(lián)機器的功能。
圖3為可重構(gòu)并聯(lián)機器靜平臺框架組件示意圖。其中6和8為上下兩個平臺，7為支架。 圖4為靜平臺框架的平板的示意圖。其中散布在靜平臺框架的平板的基準(zhǔn)面上的定位孔 處于不同直徑的分布圓以及直線上。
圖5為擴展件的示意圖。其中擴展件的兩個端面均為基準(zhǔn)面，具其上分布有定位孔。 圖6為一系列動平臺的示意圖。其中一系列的動平臺上定位孔所處分布圓均不同。 圖7為可重構(gòu)并聯(lián)機器數(shù)控系統(tǒng)的軟件層次化結(jié)構(gòu)圖，其中"虛實變換"模塊儲存為一 個庫，具有計算各種構(gòu)型及尺度并聯(lián)機器中所述的末端執(zhí)行器輸出點位移與并聯(lián)機器中所述 的驅(qū)動支鏈輸入位移的逆解關(guān)系的功能，可以根據(jù)新的構(gòu)型及尺度的并聯(lián)機器被重用。
圖8為實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能時，模塊組合方式的結(jié)構(gòu)示意圖。其中31和35為兩個相同 的球鉸副模塊，36和40為兩個相同的可變安裝角度模塊，37、 38和39為=個相同的桿固定 模塊。當(dāng)直線驅(qū)動單元模塊3與其電機軸伸出方向相反的方向的一端依次連接桿固定模塊7、 球鉸副模塊35和位置固定的可變安裝角度模塊36，而在另一端通過絲桿螺母42與工作臺模 塊34連接，工作臺模塊34通過其接口48依次連接桿固定模塊38、套于絲桿上的定長桿模 塊32、桿固定模塊39、球鉸副模塊31和可變安裝角度模塊40時，電機44驅(qū)動絲桿43推動 絲桿螺母，則組成的模塊化驅(qū)動支鏈結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能。
圖9為實現(xiàn)滑塊驅(qū)動功能時，模塊組合方式的結(jié)構(gòu)示意圖。其中31和35為兩個相同的 球鉸副模塊，36和40為兩個相同的可變安裝角度模塊，37和38為兩個相同的桿固定模塊。 當(dāng)直線驅(qū)動單元模塊33的支座41固定、其絲桿螺母42與工作臺模塊34連接，而工作臺模 塊34沿垂直于直線驅(qū)動單元模塊3的絲桿13方向的接口 19依次連接可變安裝角度模塊36、 球鉸副模塊35、桿固定模塊38，定長桿模塊32，桿固定模塊37、球鉸副31和可變安裝角度 模塊40時，電機44驅(qū)動絲桿43推動絲桿螺母，則組成的模塊化驅(qū)動支鏈結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)滑塊驅(qū) 動功能。
圖IO為直線驅(qū)動單元模塊示意圖。直線驅(qū)動單元模塊主要由支座41、絲桿螺母42、絲 杠43、驅(qū)動絲杠的電機44組成，其中支座在與電機軸伸出方向相反的方向的一端上有一段 伸出桿。
圖ll為工作臺模塊的接口示意圖。工作臺模塊34上具有三個接口與絲桿螺母42的接 口 50、與可變安裝角度模塊的接口 49以及與桿固定模塊的接口 48。
權(quán)利要求
1、一種構(gòu)型及尺度可重構(gòu)的并聯(lián)機器，包括由靜平臺框架(1)、擴展件(2)、可實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能或滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈(3)、動平臺(4)、末端執(zhí)行器部件(5)及數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，所述靜平臺框架(1)由上下兩個具有基準(zhǔn)面的第一平板(6)和第二平板(8)以及支架(7)組成，所述第一平板(6)和第二平板(8)的基準(zhǔn)面位于第一平板(6)和第二平板(8)靠并聯(lián)機器的內(nèi)側(cè)，基準(zhǔn)面上有定位孔，定位孔位于不同直徑的分布圓以及直線上；所述擴展件(2)兩面均為基準(zhǔn)面，且含有定位孔；所述可實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能或滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈(3)包括直線驅(qū)動單元模塊(33)、工作臺模塊(34)、定長桿模塊(32)、第一球鉸副模塊(31)、第二球鉸副模塊(35)、第一桿固定模塊(37)、第二桿固定模塊(38)、第三桿固定模塊(39)以及第一可變安裝角度模塊(36)和第二可變安裝角度模塊(40)；所述直線驅(qū)動單元模塊(33)包括支座(41)、絲桿螺母(42)、絲杠(43)及驅(qū)動絲杠的電機(44)，所述工作臺模塊(34)具有三個接口，分別為與所述絲桿螺母(42)的接口(50)、與所述第一或第二可變安裝角度模塊的接口(49)以及與所述第一或第二桿固定模塊的接口(48)；所述第一球鉸副模塊(31)和第二球鉸副模塊(35)具有與第一桿固定模塊(37)、第二桿固定模塊(38)、第三桿固定模塊(39)的接口；所述直線驅(qū)動單元模塊中的支座(41)在其電機軸伸出方向相反的方向的一端上有一段伸出桿，這段桿的外徑與所述定長桿模塊(32)外徑相同；所述動平臺(4)具有定位孔，不同的動平臺(4)的定位孔處于不同直徑的分布圓上，且定位孔規(guī)格與擴展件(2)上的相同；所述數(shù)控系統(tǒng)具有計算各種構(gòu)型及尺度并聯(lián)機器中所述的末端執(zhí)行器輸出點位移與并聯(lián)機器中所述的驅(qū)動支鏈輸入位移的逆解關(guān)系的模塊，以及開放式的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；所述靜平臺框架(1)的第一平板(6)和第二平板(8)的基準(zhǔn)面與所述擴展件(2)通過定位孔進行連接；所述擴展件(2)與實現(xiàn)伸縮式驅(qū)動功能的可實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能或滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈(3)的第一可變安裝角度模塊(36)通過相應(yīng)的定位孔連接，所述實現(xiàn)伸縮式驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈(3)的第二可變安裝角度模塊(40)與所述動平臺(4)相應(yīng)的定位孔相連接，或者，與實現(xiàn)滑塊驅(qū)動功能的可實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能或滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈(3)的直線驅(qū)動單元模塊(33)通過相應(yīng)的定位孔連接，所述實現(xiàn)滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈(3)的第二可變安裝角度模塊(40)與所述動平臺(4)相應(yīng)的定位孔相連接；所述末端執(zhí)行器部件(5)與動平臺(4)連接；所述數(shù)控系統(tǒng)與所述支鏈(3)的直線驅(qū)動單元模塊(33)中的電機連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)型及尺度可重構(gòu)的并聯(lián)機器，其特征在于，所述實現(xiàn)伸 縮式驅(qū)動功能的可實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能或滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈(3)模塊的連接方式為所 述直線驅(qū)動單元模塊(33)與其電機軸伸出方向相反的方向的一端依次連接第一桿固定模塊(37)、第二球鉸副模塊(35)和位置固定的第一可變安裝角度模塊(36);所述直線驅(qū)動單 元模塊(33)在另一端通過絲桿螺母(42)與工作臺模塊(34)連接，工作臺模塊(34)通 過其接口 (48)依次連接第二桿固定模塊(38)、套于絲桿上的定長桿模塊(32)、第三桿固 定模塊(39)、第一球鉸副模塊(31)和第二可變安裝角度模塊(40)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)型及尺度可重構(gòu)的并聯(lián)機器，其特征在于，所述實現(xiàn)滑 塊驅(qū)動功能的可實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能或滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈(3)模塊的連接方式如下所 述直線驅(qū)動單元模塊(33)的支座(41)固定，所述絲桿螺母(42)與工作臺模塊(34)連 接；所述工作臺模塊(34)沿垂直于直線驅(qū)動單元模塊(33)的絲桿方向的接口 (49)依次 連接第一可變安裝角度模塊(36)、第二球鉸副模塊(35)、第二桿固定模塊(38)、定長桿模 塊(32)、第一桿固定模塊(37)、第一球鉸副模塊(31)和第二可變安裝角度模塊(40)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)型及尺度可重構(gòu)的并聯(lián)機器，其特征在于，所述擴展件 (2)數(shù)量大于1個。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種構(gòu)型及尺度可重構(gòu)的并聯(lián)機器，其特征在于，所述可實現(xiàn) 伸縮軸驅(qū)動功能或滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈(3)的數(shù)量為3 6個。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)型及尺度可重構(gòu)的并聯(lián)機器，其特征在于，所述靜平臺 框架(2)的第一平板(6)和第二平板(8)的基準(zhǔn)面上定位孔所處不同直徑的分布圓大于3個。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)型及尺度可重構(gòu)的并聯(lián)機器，其特征在于，所述定長桿 模塊(32)數(shù)量大于3個且長度不同。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種構(gòu)型及尺度可重構(gòu)的并聯(lián)機器，其特征在于，所述動平臺 (4)的數(shù)量大于3個，且動平臺(4)上定位孔所處的分布圓直徑均不同。
全文摘要
一種構(gòu)型及尺度可重構(gòu)的并聯(lián)機器，屬機械制造、機器人技術(shù)領(lǐng)域。包括由靜平臺框架(1)、擴展件(2)、可實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能或滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈(3)、動平臺(4)等。靜平臺框架(1)的平板的基準(zhǔn)面與所述擴展件(2)通過定位孔進行連接；所述擴展件(2)與可實現(xiàn)伸縮軸驅(qū)動功能或滑塊驅(qū)動功能的驅(qū)動支鏈(3)連接，所述末端執(zhí)行器部件(5)與動平臺(4)連接；所述數(shù)控系統(tǒng)與所述支鏈(3)的直線驅(qū)動單元模塊(33)中的電機連接。本發(fā)明可以根據(jù)工作需求，確定構(gòu)型及尺度，再從元件庫中選擇適當(dāng)?shù)脑M行裝配，配置出性能滿足需求的并聯(lián)機器；增加了裝備的柔性，降低了成本，滿足了并聯(lián)機器可快速變化的需求。
文檔編號B25J9/08GK101108481SQ20071012123
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者唐曉強, 朱鐵君, 林春深, 汪勁松, 王立平 申請人:清華大學(xué)