專利名稱：一種球面并聯(lián)運動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)虛軸機床、操作工作臺與機器人關(guān)節(jié)的執(zhí)行機構(gòu)，具體地說是為并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛軸機床、操作工作臺與機器人關(guān)節(jié)提供一種新型的三維轉(zhuǎn)動球面機構(gòu)。
背景技術(shù)：
自從Gough以及Mewart提出并聯(lián)機構(gòu)概念以來，并聯(lián)機構(gòu)在機器人、虛擬軸機床、坐標(biāo)測量機、工作平臺、機械手等領(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)機構(gòu)，它們在實際的工業(yè)生產(chǎn)上更具有實用價值。研究較多的有三維平移并聯(lián)機構(gòu)，如Delta機構(gòu)、Star Like機構(gòu)、Tsai氏三維平移并聯(lián)機構(gòu)(美國專利號5656905，1997)，其主要特點是運動學(xué)正解為8次，且位置與方向解耦。三維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)也可廣泛應(yīng)用于機械加工、雷達跟蹤、舞臺照明、機器人關(guān)節(jié)等場合，加拿大學(xué)者Gosselin最早研究、設(shè)計基于球面并聯(lián)機構(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)機構(gòu)或裝置，如，專利文獻ZL022090649、ZL200810055018. 6、 201010126955. 3,201010274735. 5 等公開?？傊?，相對來說，三維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的型式還比較少，需要綜合結(jié)構(gòu)簡單、控制解耦、剛度好的實用化新機型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是要提供一些結(jié)構(gòu)簡單、控制解耦、剛度好的新型三維轉(zhuǎn)動球面并聯(lián)機構(gòu)。本發(fā)明之一的球面并聯(lián)運動機構(gòu)，它由上動平臺、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，其中第一條支鏈上的圓弧形桿一和圓弧形桿二在一端以轉(zhuǎn)動副二聯(lián)接后，圓弧形桿一的另一端以轉(zhuǎn)動副一和下靜平臺聯(lián)接，圓弧形桿二的另一端以轉(zhuǎn)動副三和連接桿一聯(lián)接；而連接桿一的另一端又與圓弧形桿三的一端以轉(zhuǎn)動副四聯(lián)接，圓弧形桿三的另一端則以轉(zhuǎn)動副五和上動平臺聯(lián)接；圓弧形桿一和圓弧形桿二上的三個轉(zhuǎn)動副軸線必須相交于一點，而圓弧形桿三的二端的二個轉(zhuǎn)動副軸線也必須相交于轉(zhuǎn)動中心點。進一步，第一、二、三條支鏈上與上動平臺分別聯(lián)接的圓弧形桿三、圓弧形桿四、圓弧形桿五的二端的二個轉(zhuǎn)動副，共六個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點。本發(fā)明的第二個球面并聯(lián)機構(gòu)，它由上動平臺、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，其中第一條支鏈上的圓弧形桿一的一端和下靜平臺以轉(zhuǎn)動副一聯(lián)接后，另一端以轉(zhuǎn)動副二和連接桿一聯(lián)接，而連接桿一的另一端又與圓弧形桿二的一端以轉(zhuǎn)動副三聯(lián)接，圓弧形桿二的另一端以轉(zhuǎn)動副四與圓弧形桿三連接，圓弧形桿三的另一端以轉(zhuǎn)動副五與上動平臺連接；進一步，圓弧形桿一的二端的兩個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于一點，而圓弧形桿二和圓弧形桿三上的三個轉(zhuǎn)動副的軸線也必須相交于轉(zhuǎn)動中心點。進一步，第一、二、三條支鏈上分別串接于上動平臺的圓弧形桿二和圓弧形桿三、圓弧形桿四和圓弧形桿五、圓弧形桿六和圓弧形桿七，每對圓弧形桿所具有的三個轉(zhuǎn)動副，共九個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點。這二種機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、對稱性好、工作空間較大、便于制造安裝等優(yōu)點，可以簡化三維轉(zhuǎn)動并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛擬軸機床、工作平臺、雷達跟蹤、舞臺照明、機器人關(guān)節(jié)的控制與軌跡規(guī)劃的復(fù)雜性，為這些裝置的開發(fā)與實用化提供可能。


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。
具體實施例方式下面通過附圖和實例對本發(fā)明的技術(shù)給予進一步地說明。附圖1所示的球面并聯(lián)運動機構(gòu)為本發(fā)明的一個實施例，它由上動平臺5、下靜平臺O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，其中第一條支鏈上的圓弧形桿一 1和圓弧形桿二 2在一端以轉(zhuǎn)動副二 R12聯(lián)接后，圓弧形桿一 1的另一端以轉(zhuǎn)動副一 R11和下靜平臺0聯(lián)接，圓弧形桿二 2的另一端以轉(zhuǎn)動副三R13和連接桿3聯(lián)接；而連接桿3的另一端又與圓弧形桿三4的一端以轉(zhuǎn)動副四R14聯(lián)接，圓弧形桿三4的另一端則以轉(zhuǎn)動副五R15和上動平臺5聯(lián)接；圓弧形桿一 1和圓弧形桿二 2上的三個轉(zhuǎn)動副軸線必須相交于一點0/，而圓弧形桿三4的二端的二個轉(zhuǎn)動副軸線也必須相交于轉(zhuǎn)動中心點0。進一步，第一條支鏈上的圓弧形桿三4二端的轉(zhuǎn)動副四R14、轉(zhuǎn)動副五R15、第二條支鏈上的圓弧形桿四6 二端的轉(zhuǎn)動副六Ii25、轉(zhuǎn)動副七I^24、第三條支鏈上的圓弧形桿五7的二端的轉(zhuǎn)動副八 R35、轉(zhuǎn)動副九R34，共六個轉(zhuǎn)動副軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點0。附圖2所示的球面并聯(lián)運動機構(gòu)為本發(fā)明的另一個實施例，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，其中第一條支鏈上的圓弧形桿一 1的一端和下靜平臺0以轉(zhuǎn)動副一 Ii11聯(lián)接后，另一端以轉(zhuǎn)動副二 R12和連接桿 2聯(lián)接，而連接桿2的另一端又與圓弧形桿二 3的一端以轉(zhuǎn)動副三R13聯(lián)接，圓弧形桿二 3的另一端以轉(zhuǎn)動副四R14與圓弧形桿三4連接，圓弧形桿三4的另一端以轉(zhuǎn)動副五R15與上動平臺5連接；進一步，圓弧形桿一 1的二端的轉(zhuǎn)動副一 Rn、轉(zhuǎn)動副二 R12的軸線必須相交于一點O1'；而圓弧形桿二 3和圓弧形桿三4上的轉(zhuǎn)動副三隊3、轉(zhuǎn)動副四R14、轉(zhuǎn)動副五R15的軸線也必須相交于轉(zhuǎn)動中心點0。進一步，第一條支鏈上圓弧形桿二 3和圓弧形桿三4上的轉(zhuǎn)動副三R13轉(zhuǎn)動副四R14、轉(zhuǎn)動副五R15、第二條支鏈上圓弧形桿四6和圓弧形桿五7上的轉(zhuǎn)動副六I^25、轉(zhuǎn)動副七1 24、轉(zhuǎn)動副八I^23、第三條支鏈上圓弧形桿六8和圓弧形桿七9上的轉(zhuǎn)動副九R35、轉(zhuǎn)動副十R34、轉(zhuǎn)動副十一 R33，共九個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點0。在上述二個實施例中，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 的運動，就可實現(xiàn)上動平臺5繞轉(zhuǎn)動中心點0的三維轉(zhuǎn)動輸出運動。該種球面并聯(lián)運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及驅(qū)動控制等均可按常規(guī)機電技術(shù)進行設(shè)計和安裝，且結(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)的虛擬軸機床、工作平臺、雷達跟蹤、舞臺照明、機器人關(guān)節(jié)的執(zhí)行機構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種球面并聯(lián)運動機構(gòu)，由上動平臺(5)、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圓弧形桿一(1)和圓弧形桿二(2)在一端以轉(zhuǎn)動副二(R12)聯(lián)接后，圓弧形桿一(1)的另一端以轉(zhuǎn)動副一(R11)和下靜平臺(0)聯(lián)接，圓弧形桿二 O)的另一端以轉(zhuǎn)動副三(R13)和連接桿C3)聯(lián)接；而連接桿 (3)的另一端又與圓弧形桿三的一端以轉(zhuǎn)動副四(R14)聯(lián)接，圓弧形桿三的另一端則以轉(zhuǎn)動副五(R15)和上動平臺( 聯(lián)接；圓弧形桿一(1)和圓弧形桿二( 上的三個轉(zhuǎn)動副軸線必須相交于一點(0/ )，而圓弧形桿三(4) 二端的二個轉(zhuǎn)動副軸線也必須相交于轉(zhuǎn)動中心點(O)0
2.一種球面并聯(lián)運動機構(gòu)，由上動平臺(5)、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圓弧形桿一(1)的一端和下靜平臺(0)以轉(zhuǎn)動副一(R11)聯(lián)接后，另一端以轉(zhuǎn)動副二(R12)和連接桿⑵聯(lián)接，而連接桿O)的另一端又與圓弧形桿二(3)的一端以轉(zhuǎn)動副三(R13)聯(lián)接，圓弧形桿二(3)的另一端以轉(zhuǎn)動副四(R14)與圓弧形桿三⑷連接，圓弧形桿三⑷的另一端以轉(zhuǎn)動副五(R15)與上動平臺(5)連接；進一步，圓弧形桿一(1) 二端的轉(zhuǎn)動副一(R11)、轉(zhuǎn)動副二(R12)的軸線必須相交于一點(0/)，而圓弧形桿二(3)和圓弧形桿三⑷上的轉(zhuǎn)動副三(R13)、轉(zhuǎn)動副四 (R14)、轉(zhuǎn)動副五(R15)的軸線也必須相交于轉(zhuǎn)動中心點(0)。
3.按權(quán)利要求1所述的球面并聯(lián)運動機構(gòu)，其特征是第一條支鏈上的圓弧形桿三(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形桿四(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形桿五(7) 二端的轉(zhuǎn)動副八(R35)和轉(zhuǎn)動副九 (R34)，共六個轉(zhuǎn)動副軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點(0)。
4.按權(quán)利要求2所述的一種球面并聯(lián)運動機構(gòu)，其特征是第一條支鏈上圓弧形桿二 (3)和圓弧形桿三(4)上的轉(zhuǎn)動副三(R13)、轉(zhuǎn)動副四(R14)、轉(zhuǎn)動副五(R15)、第二條支鏈上圓弧形桿四(6)和圓弧形桿五(7)上的轉(zhuǎn)動副六(R25)、轉(zhuǎn)動副七(R24)、轉(zhuǎn)動副八OU、第三條支鏈上圓弧形桿六(8)和圓弧形桿七(9)上的轉(zhuǎn)動副九(R35)、轉(zhuǎn)動副十(R34)、轉(zhuǎn)動副十一(R33),共九個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點(0)。
全文摘要
一種球面并聯(lián)運動機構(gòu)，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，第一條支鏈上的圓弧形桿一和圓弧形桿二在一端以轉(zhuǎn)動副二聯(lián)接后，圓弧形桿一的另一端以轉(zhuǎn)動副一和下靜平臺聯(lián)接，圓弧形桿二的另一端以轉(zhuǎn)動副三和連接桿聯(lián)接；而連接桿的另一端又與圓弧形桿三的一端以轉(zhuǎn)動副四聯(lián)接，圓弧形桿三的另一端則以轉(zhuǎn)動副五和上動平臺聯(lián)接；圓弧形桿一和圓弧形桿二上的三個轉(zhuǎn)動副軸線必須相交于一點，而圓弧形桿三的二端的二個轉(zhuǎn)動副軸線也必須相交于轉(zhuǎn)動中心點。進一步，每條支鏈上與上動平臺聯(lián)接的圓弧形桿的二端的二個轉(zhuǎn)動副，三條支鏈共六個轉(zhuǎn)動副的軸線必須相交于轉(zhuǎn)動中心點。驅(qū)動下靜平臺上的三個轉(zhuǎn)動副，就可控制上動平臺的三維轉(zhuǎn)動球面運動輸出。該并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、工作空間較大、制造安裝方便，可作為三維轉(zhuǎn)動平臺或機器人三維轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的執(zhí)行機構(gòu)。
文檔編號B25J9/08GK102275163SQ20111018995
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)明者李菊, 沈惠平, 鄧嘉鳴, 陳愛蓮 申請人:常州大學(xué)