專利名稱：用作虛擬軸數(shù)控機(jī)床與機(jī)械測量機(jī)的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)床、機(jī)器人、坐標(biāo)測量機(jī)與多自由度運動平臺的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體地說是為并聯(lián)結(jié)構(gòu)的虛擬軸數(shù)控機(jī)床、虛擬軸并聯(lián)坐標(biāo)測量機(jī)與并聯(lián)機(jī)器人提供一種新型的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床被認(rèn)為是二十世紀(jì)以來機(jī)床結(jié)構(gòu)的一次革命，目前在美國、日本、中國等國已研制出這種機(jī)床的樣機(jī)，所采用的并聯(lián)機(jī)構(gòu)大多為傳統(tǒng)的Stewart機(jī)構(gòu)或其改進(jìn)型機(jī)構(gòu)，它們主要由基座、運動平臺和連桿組成，連桿兩端分別為球副和萬向節(jié)，通過控制6個連桿的長度，改變刀具在空間的位置。Stewart機(jī)構(gòu)及其改進(jìn)型機(jī)構(gòu)具有以下缺點①運動學(xué)正解求解困難；②運動平臺的位置與方向為強(qiáng)耦合；③運動空間較??；④制造高精度球副困難?；谏鲜銮闆r，Tsai提出虛擬軸數(shù)控機(jī)床用兩個并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺為三維平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)，上平臺為三維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)(US Patent，Tsai，Patent Nember5656905，1997)。其主要特點是運動學(xué)正解為8次；位置與方向解耦；與Stewart機(jī)構(gòu)相比，工作空間較大；完全由轉(zhuǎn)動副組成并聯(lián)機(jī)構(gòu)，與球面副相比容易制造。并聯(lián)結(jié)構(gòu)的虛擬軸坐標(biāo)測量機(jī)，也是近年來科學(xué)測量儀上的一個重大進(jìn)展，與傳統(tǒng)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)的測量機(jī)相比，并聯(lián)結(jié)構(gòu)坐標(biāo)測量機(jī)具有結(jié)構(gòu)剛性大、運動速度高、誤差不疊加等獨特性，可使測量精度及測量效率等性能得到很大改善。目前，已有的相對成熟的并聯(lián)坐標(biāo)測量機(jī)結(jié)構(gòu)有6-SPS 6-RSS以及3-RPS等。對于6-SPS和6-RSS機(jī)構(gòu)來說，由于其可動平臺相對于基平臺具有6個空間自由度，因而其末端執(zhí)行器的空間位姿比較靈活，但由于該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，空間約束較少，致使其末端執(zhí)行器的求解較困難。
由于上述幾種結(jié)構(gòu)中均含有較多的球面副，因此其制造及裝配均較復(fù)雜。
綜上所述，虛軸數(shù)控機(jī)床和坐標(biāo)測量機(jī)、機(jī)器人的發(fā)展和實用化需要創(chuàng)造出優(yōu)于現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的新機(jī)型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種新的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特點是①機(jī)構(gòu)動平臺可實現(xiàn)六自由度(三個平移及三個轉(zhuǎn)動)運動輸出。
②運動輸入—輸出具有部分解耦性，可簡化虛擬軸機(jī)床與機(jī)器人系統(tǒng)的控制問題；也可大大地減少在建立并聯(lián)虛軸測量機(jī)測量模型、測量校正與補(bǔ)償模型等方面的難度。
③所有驅(qū)動馬達(dá)均在靜平臺上，可減少機(jī)構(gòu)的運動負(fù)載，改善動力學(xué)性能。
總之，本發(fā)明為虛擬軸數(shù)控機(jī)床、并聯(lián)坐標(biāo)測量機(jī)與機(jī)器人、娛樂運動平臺等提供了具有上述特點的新機(jī)型，有利于其開發(fā)及實用化。


下面通過附圖和實例對本發(fā)明的技術(shù)給予進(jìn)一步地說明。
附圖1為本發(fā)明的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，它由上動平臺0、下靜平臺1及連接上下平臺的二條結(jié)構(gòu)相同的混合鏈與二條結(jié)構(gòu)相同的簡單開鏈組成?；旌湘湴粋€六桿1、2、3、4、5、6依次通過六個轉(zhuǎn)動副R11、R12、R13、R7、R8、R10連接構(gòu)成的平面閉路結(jié)構(gòu)及一個由構(gòu)件7、8通過轉(zhuǎn)動副R6連接構(gòu)成的開鏈結(jié)構(gòu)組成；開鏈結(jié)構(gòu)的構(gòu)件7與平面閉路結(jié)構(gòu)的構(gòu)件4以軸線平行于轉(zhuǎn)動副R6的轉(zhuǎn)動副R14連接，構(gòu)件8與上動平臺0用軸線垂直于轉(zhuǎn)動副R6的轉(zhuǎn)動副R5機(jī)械連接；而平面閉路結(jié)構(gòu)的構(gòu)件1與靜平臺1用轉(zhuǎn)動副R11、R10機(jī)械聯(lián)接。簡單開鏈由二構(gòu)件9、10通過球副S4連接組成，而構(gòu)件9與動平臺0用球副S3機(jī)械連接，構(gòu)件10與靜平臺1用轉(zhuǎn)動副R9機(jī)械聯(lián)接。因此，動平臺0上有二個聯(lián)接轉(zhuǎn)動副R5、R19及二個聯(lián)接球副S1、S3，靜平臺1上有六個聯(lián)接轉(zhuǎn)動副R10、R11、R24、R23、R15、R9。
具體實施例方式
附圖1所示的并聯(lián)機(jī)構(gòu)可為本發(fā)明的一個實施例，它由上動平臺0、下靜平臺1及連接上下平臺的二條結(jié)構(gòu)相同的混合鏈與二條結(jié)構(gòu)相同的簡單開鏈組成。混合鏈由一平面閉路結(jié)構(gòu)及一開鏈結(jié)構(gòu)組成，平面閉路結(jié)構(gòu)由一個六桿1、2、3、4、5、6依次通過六個轉(zhuǎn)動副R11、R12、R13、R7、R8、R10連接構(gòu)成，開鏈結(jié)構(gòu)由構(gòu)件7、8通過轉(zhuǎn)動副R6連接構(gòu)成，且構(gòu)件7與平面閉路結(jié)構(gòu)的構(gòu)件4以軸線平行于轉(zhuǎn)動副R6轉(zhuǎn)動副R14連接，構(gòu)件8與上動平臺0用軸線垂直于轉(zhuǎn)動副R6的轉(zhuǎn)動副R5機(jī)械連接，而平面閉路結(jié)構(gòu)的構(gòu)件2、6分別與靜平臺1用轉(zhuǎn)動副R11、R10機(jī)械聯(lián)接。簡單開鏈由二構(gòu)件9、10通過球副S4連接組成，而構(gòu)件9與動平臺0用球副S3機(jī)械連接，構(gòu)件10與靜平臺1用轉(zhuǎn)動副R9機(jī)械聯(lián)接。因此，動平臺0上有二個聯(lián)接轉(zhuǎn)動副R5、R19及二個聯(lián)接球副S1、S3，靜平臺上有六個聯(lián)接轉(zhuǎn)動副R10、R11、R24、R23、R15、R9，但靜平臺上的六個轉(zhuǎn)動副可用六個移動副代替。
當(dāng)所有連桿結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)及其在動、靜平臺上的分布位置一定時，控制靜平臺1上六個驅(qū)動關(guān)節(jié)R10、R11、R24、R23、R15、R9的運動，就可控制動平臺0在空間的一般位置和姿態(tài)，實現(xiàn)三維平移及三維轉(zhuǎn)動輸出。該種并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及驅(qū)動控制等均可按常規(guī)機(jī)電技術(shù)進(jìn)行設(shè)計和安裝，如在動平臺上安裝刀具或探頭，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)即可以作為并聯(lián)結(jié)構(gòu)的虛擬軸數(shù)控機(jī)床及虛擬軸并聯(lián)坐標(biāo)測量機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.用于虛擬軸數(shù)控機(jī)床、虛擬軸坐標(biāo)測量機(jī)及并聯(lián)機(jī)器人的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由上動平臺、下靜平臺及連接上下平臺的四條腿組成，其特征在于這四條腿為二條結(jié)構(gòu)相同的含平面閉路結(jié)構(gòu)和開鏈結(jié)構(gòu)的混合鏈及二條結(jié)構(gòu)相同的簡單開鏈；混合鏈包含的平面閉路結(jié)構(gòu)由六個構(gòu)件依次通過六個轉(zhuǎn)動副組成，其中一構(gòu)件與靜平臺固定連接；其開鏈結(jié)構(gòu)由二構(gòu)件通過一轉(zhuǎn)動副連接組成，且開鏈結(jié)構(gòu)的一構(gòu)件和平面閉路結(jié)構(gòu)中與機(jī)架相對的一構(gòu)件用軸線平行于上述轉(zhuǎn)動副的一轉(zhuǎn)動副連接，而另一構(gòu)件與動平臺用軸線垂直于上述轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動副機(jī)械連接；而簡單開鏈由二構(gòu)件通過一球副連接組成，其一構(gòu)件與靜平臺用轉(zhuǎn)動副機(jī)械連接，另一構(gòu)件與動平臺也用一球副機(jī)械連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其特征在于靜平臺上的六個轉(zhuǎn)動副可用六個移動副代替。
全文摘要
用于虛擬軸數(shù)控機(jī)床、測量機(jī)及并聯(lián)機(jī)器人的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由動平臺、靜平臺及其二條相同的混合鏈與二條相同的簡單開鏈組成。混合鏈由一平面閉路結(jié)構(gòu)及一開鏈結(jié)構(gòu)組成，平面閉路結(jié)構(gòu)由六個構(gòu)件依次通過六個轉(zhuǎn)動副組成，其中一構(gòu)件與靜平臺固定連接；其開鏈結(jié)構(gòu)由二構(gòu)件通過一轉(zhuǎn)動副連接組成，且開鏈結(jié)構(gòu)的一構(gòu)件和平面閉路結(jié)構(gòu)中與機(jī)架相對的一構(gòu)件用軸線平行于上述轉(zhuǎn)動副的一轉(zhuǎn)動副連接，而另一構(gòu)件與動平臺用軸線垂直于上述轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動副機(jī)械連接；而簡單開鏈由二構(gòu)件通過一球副連接組成，其一構(gòu)件與靜平臺用轉(zhuǎn)動副機(jī)械連接，另一構(gòu)件與動平臺用一球副機(jī)械連接?？刂旗o平臺上六個驅(qū)動關(guān)節(jié)的運動，就可控制動平臺實現(xiàn)三維平移及三維轉(zhuǎn)動輸出。該機(jī)構(gòu)可作為并聯(lián)結(jié)構(gòu)的虛擬軸數(shù)控機(jī)床、測量機(jī)及各種運動平臺的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
文檔編號B23Q1/48GK1597244SQ20041004175
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月23日
發(fā)明者沈惠平, 楊廷力 申請人:江蘇工業(yè)學(xué)院