專利名稱：一種三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)操作裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)虛軸機(jī)床、工作臺與機(jī)器人關(guān)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體地說是為并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛軸機(jī)床、操作工作臺與機(jī)器人關(guān)節(jié)等提供一種新型的三維轉(zhuǎn)動球面操作裝置。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)構(gòu)在機(jī)器人、虛擬軸機(jī)床、坐標(biāo)測量機(jī)、工作平臺、機(jī)械手等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，除了 6自由度的6-SPS、6-RSS典型并聯(lián)結(jié)構(gòu)外，還有自由度為2 5的少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它們在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)上更具有實(shí)用價(jià)值。研究較多的是三維平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如 Delta機(jī)構(gòu)、Mar Like機(jī)構(gòu)、iTsai氏三維平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)(美國專利號=5656905,1997) 三維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)也可廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、雷達(dá)跟蹤、舞臺照明、機(jī)器人關(guān)節(jié)等場合。加拿大學(xué)者Gosselin最早研究、設(shè)計(jì)基于球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的“靈巧眼”，后來，國內(nèi)一些學(xué)者也提出了一些球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)或裝置，例，專利ZL022090649、ZL200810055018. 6, 201010126955. 3,201010274735. 5等三維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)?？傊?，相對來說，三維轉(zhuǎn)動并聯(lián)操作裝置的型式還比較少，需要綜合結(jié)構(gòu)簡單、控制解耦、剛度好、制造容易的實(shí)用化新機(jī)型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供結(jié)構(gòu)簡單、控制解耦、剛度好的新型三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)操作
直ο本發(fā)明的第一種三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)操作裝置，由上動平臺( 、下靜平臺(0)及連接上動平臺( 和下靜平臺(0)的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成，其特征是第一條支鏈上的桿一 (1)、桿二(2)、桿三(3)分別以轉(zhuǎn)動副軸線相平行的轉(zhuǎn)動副二(R12)、轉(zhuǎn)動副三(R13)連接后， 桿一(1)的另一端和下靜平臺(0)以轉(zhuǎn)動副一(R11)連接，桿三(3)的另一端與圓弧型桿一 (4)的一端以轉(zhuǎn)動副四(R14)連接，圓弧型桿一(4)的另一端和上動平臺(5)以轉(zhuǎn)動副五 (R15)連接，且圓弧型桿一⑷的二端的轉(zhuǎn)動副四(R14)與轉(zhuǎn)動副五(R15)的軸線須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)(0')；進(jìn)一步，第一條支鏈上的圓弧型桿一(4) 二端的轉(zhuǎn)動副四(R14)和轉(zhuǎn)動副五(R15)、第二條支鏈上的圓弧型桿二(6) 二端的轉(zhuǎn)動副六(R25)和轉(zhuǎn)動副七(R24)、第三條支鏈上的圓弧型桿三(7) 二端的轉(zhuǎn)動副八(R35)和轉(zhuǎn)動副九(R34),共六個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)(0')。同時(shí)，第一條支鏈上的轉(zhuǎn)動副一(R11)、第二條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十0 21)、第三條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十一(R31)，這三個轉(zhuǎn)動副的軸線不能平行于同一平面。本發(fā)明的第二種三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)操作裝置，由上動平臺( 、下靜平臺(0)及連接上動平臺( 和下靜平臺(0)的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成；其特征是第一條支鏈上的桿一 (1)的一端與下靜平臺(0)以轉(zhuǎn)動副一(R11)連接后，另一端與桿二 O)以軸線垂直于轉(zhuǎn)動副一 (R11)軸線的移動副(P12)連接，桿二 (2)與桿三(3)又以平行于轉(zhuǎn)動副二 (R11)軸線的轉(zhuǎn)動副三(R13)連接，桿三C3)的另一端與圓弧型桿一(4)的一端以轉(zhuǎn)動副四(R14)連接，而圓弧型桿一(4)的另一端與上動平臺(5)以轉(zhuǎn)動副五(R15)連接，且圓弧型桿一(4)的二端的轉(zhuǎn)動副四(R14)與轉(zhuǎn)動副五(R15)的軸線須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)(o')；進(jìn)一步，第一條支鏈上的圓弧型桿一(4) 二端的轉(zhuǎn)動副四(R14)和轉(zhuǎn)動副五(R15)、第二條支鏈上的圓弧型桿二(6) 二端的轉(zhuǎn)動副六(R25)和轉(zhuǎn)動副七(R24)、第三條支鏈上的圓弧型桿三(7) 二端的轉(zhuǎn)動副八(R35)和轉(zhuǎn)動副九(R34),共六個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)(0')。同時(shí)，第一條支鏈上的轉(zhuǎn)動副一(R11)、第二條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十0 21)、第三條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十一(R31)，這三個轉(zhuǎn)動副的軸線不能平行于同一平面。。這二種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、對稱性好、制造安裝容易，可用作并聯(lián)機(jī)床、工作平臺、雷達(dá)跟蹤、舞臺照明、機(jī)器人關(guān)節(jié)裝置的開發(fā)。


附圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過附圖和實(shí)例對本發(fā)明的技術(shù)給予進(jìn)一步地說明。附圖1所示的三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)操作裝置為本發(fā)明的第一個實(shí)施例。它由上動平臺 5、下靜平臺0及連接上動平臺5和下靜平臺0的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成，其特征是第一條支鏈上的桿一 1、桿二 2、桿三3分別以轉(zhuǎn)動副軸線相平行的轉(zhuǎn)動副二隊(duì)2、轉(zhuǎn)動副三R13連接后，桿一 1的另一端和下靜平臺0以轉(zhuǎn)動副一 R11連接，桿三3的另一端與圓弧型桿一 4 的一端以轉(zhuǎn)動副四R14連接，圓弧型桿一 4的另一端和上動平臺5以轉(zhuǎn)動副五R15連接，且圓弧型桿一 4的二端的轉(zhuǎn)動副四R14與轉(zhuǎn)動副五R15的軸線須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)0'；進(jìn)一步， 第一條支鏈上的圓弧型桿一 4 二端的轉(zhuǎn)動副四R14和轉(zhuǎn)動副五R15、第二條支鏈上的圓弧型桿二 6 二端的轉(zhuǎn)動副六Ii25和轉(zhuǎn)動副七I^24、第三條支鏈上的圓弧型桿三7 二端的轉(zhuǎn)動副八 R35和轉(zhuǎn)動副九R34，共六個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)0'。進(jìn)一步，第一條支鏈上的轉(zhuǎn)動副一 Rn、第二條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十I^21、第三條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十一 R31，這三個轉(zhuǎn)動副的軸線不能平行于同一平面。。附圖2所示的三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)操作裝置為本發(fā)明的第二個實(shí)施例。它由上動平臺 5、下靜平臺0及連接上動平臺5和下靜平臺0的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成；其特征是第一條支鏈上的桿一 1的一端與下靜平臺0以轉(zhuǎn)動副一 R11連接后，另一端與桿二 2以軸線垂直于轉(zhuǎn)動副一 R11軸線的移動副P12連接，桿二 2與桿三3又以平行于轉(zhuǎn)動副二 R11軸線的轉(zhuǎn)動副三R13連接，桿三3的另一端與圓弧型桿一 4的一端以轉(zhuǎn)動副四R14連接，而圓弧型桿一 4的另一端與上動平臺5以轉(zhuǎn)動副五Ii15連接，且圓弧型桿一 4的二端的轉(zhuǎn)動副四R14與轉(zhuǎn)動副五R15的軸線須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)0'；進(jìn)一步，第一條支鏈上的圓弧型桿一 4 二端的轉(zhuǎn)動副四I^14和轉(zhuǎn)動副五R15、第二條支鏈上的圓弧型桿二 6 二端的轉(zhuǎn)動副六Ii25和轉(zhuǎn)動副七 R24、第三條支鏈上的圓弧型桿三7 二端的轉(zhuǎn)動副八Ii35和轉(zhuǎn)動副九R34，共六個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)0'。同樣，第一條支鏈上的轉(zhuǎn)動副一 Rn、第二條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十Ii21、第三條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十一 R31，這三個轉(zhuǎn)動副的軸線不能平行于同一平面。在上述二個實(shí)施例中，控制三條支鏈上與下靜平臺0聯(lián)接的三個轉(zhuǎn)動副Rn、R21、R31 的運(yùn)動，就可實(shí)現(xiàn)上動平臺5繞轉(zhuǎn)動中心0'的三維轉(zhuǎn)動輸出。
該種三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及驅(qū)動控制等均可按常規(guī)機(jī)電技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝，且具有結(jié)構(gòu)簡單、工作空間較大、便于制造安裝，可作為并聯(lián)結(jié)構(gòu)的虛擬軸機(jī)床、 工作平臺、雷達(dá)跟蹤、舞臺照明、機(jī)器人關(guān)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)操作裝置，由上動平臺(5)、下靜平臺(0)及連接上動平臺(5) 和下靜平臺(0)的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成，其特征是第一條支鏈上的桿一(1)、桿二 O)、 桿三(3)分別以轉(zhuǎn)動副軸線相平行的轉(zhuǎn)動副二(R12)、轉(zhuǎn)動副三(R13)連接后，桿一(1)的另一端和下靜平臺(0)以轉(zhuǎn)動副一(R11)連接，桿三C3)的另一端與圓弧型桿一(4)的一端以轉(zhuǎn)動副四(R14)連接，圓弧型桿一(4)的另一端和上動平臺(5)以轉(zhuǎn)動副五(R15)連接，且圓弧型桿一(4)的二端的轉(zhuǎn)動副四(R14)與轉(zhuǎn)動副五(R15)的軸線須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)(0')； 進(jìn)一步，第一條支鏈上的圓弧型桿一(4) 二端的轉(zhuǎn)動副四(R14)和轉(zhuǎn)動副五(R15)、第二條支鏈上的圓弧型桿二(6) 二端的轉(zhuǎn)動副六(R25)和轉(zhuǎn)動副七0 24)、第三條支鏈上的圓弧型桿三(7) 二端的轉(zhuǎn)動副八(R35)和轉(zhuǎn)動副九(R34),共六個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)(0')。
2.一種三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)操作裝置，由上動平臺(5)、下靜平臺(0)及連接上動平臺(5) 和下靜平臺(0)的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成；其特征是第一條支鏈上的桿一(1)的一端與下靜平臺(0)以轉(zhuǎn)動副一(R11)連接后，另一端與桿二(2)以軸線垂直于轉(zhuǎn)動副一(R11)軸線的移動副(P12)連接，桿二 (2)與桿三(3)又以平行于轉(zhuǎn)動副二 (R11)軸線的轉(zhuǎn)動副三(R13) 連接，桿三C3)的另一端與圓弧型桿一(4)的一端以轉(zhuǎn)動副四(R14)連接，而圓弧型桿一(4) 的另一端與上動平臺(5)以轉(zhuǎn)動副五(R15)連接，且圓弧型桿一⑷的二端的轉(zhuǎn)動副四(R14) 與轉(zhuǎn)動副五(R15)的軸線須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)(0')；進(jìn)一步，第一條支鏈上的圓弧型桿一 (4) 二端的轉(zhuǎn)動副四(R14)和轉(zhuǎn)動副五(R15)、第二條支鏈上的圓弧型桿二(6) 二端的轉(zhuǎn)動副六(R25)和轉(zhuǎn)動副七(R24)、第三條支鏈上的圓弧型桿三(7) 二端的轉(zhuǎn)動副八(R35)和轉(zhuǎn)動副九(R34),共六個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)(0')。
3.按權(quán)利要求1所述的三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)操作裝置，其特征是第一條支鏈上的轉(zhuǎn)動副一 (Rn)、第二條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十0 21)、第三條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十一(R31),這三個轉(zhuǎn)動副的軸線不能平行于同一平面。
4.按權(quán)利要求2所述的三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)操作裝置，其特征是第一條支鏈上的轉(zhuǎn)動副一 (Rn)、第二條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十0 21)、第三條支鏈上的轉(zhuǎn)動副十一(R31),這三個轉(zhuǎn)動副的軸線不能平行于同一平面。
全文摘要
一種三轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)操作裝置，由上動平臺、下靜平臺及連接上動平臺和下靜平臺的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈組成，其特征是第一條支鏈上的桿一、桿二、桿三分別以轉(zhuǎn)動副軸線相平行的轉(zhuǎn)動副二、轉(zhuǎn)動副三連接后，桿一的另一端和靜平臺以轉(zhuǎn)動副一連接，桿三的另一端與圓弧型桿一的一端以轉(zhuǎn)動副四連接，圓弧型桿一的另一端和動平臺以轉(zhuǎn)動副五連接，且圓弧型桿一的二端的轉(zhuǎn)動副四與轉(zhuǎn)動副五的軸線須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)；進(jìn)一步，第一條支鏈上的圓弧型桿一的二端的轉(zhuǎn)動副四和轉(zhuǎn)動副五、第二條支鏈上的圓弧型桿二的二端的轉(zhuǎn)動副六和轉(zhuǎn)動副七、第三條支鏈上的圓弧型桿三的二端的轉(zhuǎn)動副八和轉(zhuǎn)動副九，共六個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)。驅(qū)動下靜平臺上的三個轉(zhuǎn)動副，就可實(shí)現(xiàn)上動平臺的三維純轉(zhuǎn)動輸出。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、制造安裝方便，可作為并聯(lián)機(jī)床、操作平臺、雷達(dá)跟蹤、機(jī)器人關(guān)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
文檔編號B25J9/08GK102275162SQ201110189938
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者余同柱, 曹凱, 楊廷力, 沈惠平, 鄧嘉鳴 申請人:常州大學(xué)