專利名稱：用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人，尤其涉及一種用于并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛軸數(shù)控機(jī)床和并聯(lián)機(jī)器人的用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于重載模擬設(shè)備、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、傳感器及微操作領(lǐng)域。然而，并聯(lián)機(jī)構(gòu)各驅(qū)動單元之間是耦合的，即并聯(lián)機(jī)構(gòu)整體輸出平臺(動平臺)沿任一方向的 運動都是所有驅(qū)動單元的運動合成，并且各驅(qū)動單元的運動與并聯(lián)機(jī)構(gòu)整體運動(即輸入 與輸出)之間是非線性的。這一特性導(dǎo)致并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制復(fù)雜，標(biāo)定困難，且制約了精度的提 高。因此，如何實現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)解耦，以簡化控制和標(biāo)定，提高運動精度，一直是一個困難而富 有挑戰(zhàn)性的課題。運動解耦并聯(lián)機(jī)器人是指輸出運動的任一自由度都僅依賴單個驅(qū)動單元，其他驅(qū) 動單元的動作不對此自由度產(chǎn)生影響。具有完全解耦的并聯(lián)機(jī)構(gòu)運動關(guān)系簡單、標(biāo)定簡便、 控制精度高、剛度大，在虛軸機(jī)床和機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。中國專利文獻(xiàn)CNlO 1036986A報道了由動平臺、靜平臺及連接它們的四條閉環(huán)運動支鏈組成的兩轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，每條閉環(huán)支鏈含有一組對稱結(jié)構(gòu)的六桿球形機(jī)構(gòu)， 動平臺和靜平臺與每條支鏈用轉(zhuǎn)動副連接。文獻(xiàn)[XianwenKong，Clement Μ. Gosselin Type synthesis of input-output decoupled paralIelmanipulators, Transactions of the CSME, Vol. 28，Special Edition, 2004]中報道了具有兩移動一轉(zhuǎn)動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由 動平臺、靜平臺和串并聯(lián)混搭的運動支鏈組成。文獻(xiàn)[李惠良，金瓊，楊廷力，一類一平移兩 轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)及其位移分析，機(jī)械制造與研究，F(xiàn)eb 2002，(1) :9_12，14]提出一種具 有三角化解耦特性的兩轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但輸出自由度不完全由單個驅(qū)動器控制，仍 屬于部分解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了提供一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī) 構(gòu)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制不便、運動精度低的缺陷。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的 三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺、動平臺以及連接在靜平臺與動平臺之間的第一運動 支鏈、第二運動支鏈和第三運動支鏈；其特點是所述的第一運動支鏈包括順序相連的第一萬向鉸鏈、第一移動副、第一轉(zhuǎn)動副和 第二轉(zhuǎn)動副；第一轉(zhuǎn)動副通過第一連接桿與第二轉(zhuǎn)動副相連，第一萬向鉸鏈還與靜平臺相 連，第二轉(zhuǎn)動副還與動平臺相連；所述的第二運動支鏈包括順序相連的第三轉(zhuǎn)動副、第二移動副和第二萬向鉸鏈； 第三轉(zhuǎn)動副還與靜平臺相連，第二萬向鉸鏈還通過第二連接桿與第一連接桿相連；所述的第三運動支鏈包括順序相連的第四轉(zhuǎn)動副、第五轉(zhuǎn)動副和第六轉(zhuǎn)動副;第四轉(zhuǎn)動副還與靜平臺相連，第六轉(zhuǎn)動副還與動平臺相連；所述的第一萬向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動軸的軸線、第二萬向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動軸的軸線、 第二轉(zhuǎn)動副的軸線、第四轉(zhuǎn)動副的軸線、第五轉(zhuǎn)動副的軸線和第六轉(zhuǎn)動副的軸線相交于一 點，該點位于第二轉(zhuǎn)動副的軸上。在第一運動支鏈中，第一轉(zhuǎn)動副的軸線與第一萬向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動軸平行；第一 移動副的軸線與第一轉(zhuǎn)動副的軸線垂直，第二轉(zhuǎn)動副的軸線與第一轉(zhuǎn)動副的軸線垂直，第 一連接桿的軸線與第二轉(zhuǎn)動副的軸線重合。在第二運動支鏈中，第三轉(zhuǎn)動副的軸線與第二萬向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動軸平行，第二 移動副的軸線與第三轉(zhuǎn)動副的軸線垂直；第二連接桿的一端連接在第二萬向鉸鏈的第二轉(zhuǎn) 動軸的軸線上，另一端與第一連接桿斜交相連，第二萬向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動軸與第一轉(zhuǎn)動副 的軸線平行。在第三運動支鏈中，第四轉(zhuǎn)動副的軸線第一萬向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動軸垂直并與第五 轉(zhuǎn)動副的軸線垂直；第五轉(zhuǎn)動副的軸線與第六轉(zhuǎn)動副的軸線正交垂直，第六轉(zhuǎn)動副的軸線 與第二轉(zhuǎn)動副的軸線垂直。本發(fā)明用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于采用了以上技術(shù)方 案，使其與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和特點1、具有解耦的三個轉(zhuǎn)動自由度，轉(zhuǎn)動自由度僅依賴運動支鏈的運動副的線性控 制，實現(xiàn)原理非常簡單，具有非常好的線性關(guān)系。2、僅含少量運動副，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、轉(zhuǎn)動慣量小，運動響應(yīng)快。3、運動解耦，基本單個輸出自由度僅需要控制單個驅(qū)動單元，標(biāo)定容易，控制簡 單，從而降低了開發(fā)成本。


圖1是本發(fā)明用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。附圖所示為本發(fā)明的一個較佳實施例， 本發(fā)明的技術(shù)方案不限于本實施例。參見圖1，本發(fā)明一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平 臺1、動平臺3以及連接在靜平臺與動平臺之間的第一運動支鏈加、第二運動支鏈2b和第 三運動支鏈2c。第一運動支鏈加包括順序相連的第一萬向鉸鏈22、第一移動副23、第一轉(zhuǎn)動副M 和第二轉(zhuǎn)動副212 ；第一轉(zhuǎn)動副M通過第一連接桿21與第二轉(zhuǎn)動副212相連，第一萬向鉸 鏈21還與靜平臺1相連，第二轉(zhuǎn)動副212還與動平臺3相連。在第一運動支鏈中，第一轉(zhuǎn) 動副M的軸線與第一萬向鉸鏈22的第二轉(zhuǎn)動軸222平行；第一移動副23的軸線與第一轉(zhuǎn) 動副M的軸線垂直，第二轉(zhuǎn)動副212的軸線與第一轉(zhuǎn)動副M的軸線垂直，第一連接桿21 的軸線與第二轉(zhuǎn)動副212的軸線重合。第二運動支鏈2b包括順序相連的第三轉(zhuǎn)動副25、第二移動副沈和第二萬向鉸鏈27 ；第三轉(zhuǎn)動副25還與靜平臺1相連，第二萬向鉸鏈27還通過第二連接桿觀與第一連接桿 21相連。在第二運動支鏈中，第三轉(zhuǎn)動副25的軸線與第二萬向鉸鏈27的第一轉(zhuǎn)動軸271 平行，第二移動副26的軸線與第三轉(zhuǎn)動副25的軸線垂直；第二連接桿觀的一端連接在第 二萬向鉸鏈27的第二轉(zhuǎn)動軸272的軸線上，另一端與第一連接桿21斜交相連，第二萬向鉸 鏈27的第二轉(zhuǎn)動軸272與第一轉(zhuǎn)動副M的軸線平行。第三運動支鏈2c包括順序相連的第四轉(zhuǎn)動副29、第五轉(zhuǎn)動副210和第六轉(zhuǎn)動副 211 ；第四轉(zhuǎn)動副四還與靜平臺1相連，第六轉(zhuǎn)動副211還與動平臺3相連。第四轉(zhuǎn)動副四 的軸線第一萬向鉸鏈22的第一轉(zhuǎn)動軸221垂直并與第五轉(zhuǎn)動副210的軸線垂直；第五轉(zhuǎn)動 副210的軸線與第六轉(zhuǎn)動副211的軸線正交垂直，第六轉(zhuǎn)動副211的軸線與第二轉(zhuǎn)動副212 的軸線垂直。上述第一萬向鉸鏈22的第一轉(zhuǎn)動軸221的軸線、第二萬向鉸鏈27的第二轉(zhuǎn)動軸 272的軸線、第二轉(zhuǎn)動副212的軸線、第四轉(zhuǎn)動副四的軸線、第五轉(zhuǎn)動副210的軸線和第六 轉(zhuǎn)動副211的軸線相交于一點，該點位于第二轉(zhuǎn)動副212的軸上。本發(fā)明用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作原理可結(jié)合附圖 說明如下當(dāng)?shù)谝贿\動支鏈加內(nèi)的移動副23伸縮時，帶動動平臺3繞第二萬向鉸鏈27的第 二轉(zhuǎn)動軸272轉(zhuǎn)動；而第二運動支鏈2b和第三運動支鏈2c分別具有同軸的轉(zhuǎn)動自由度， 因此，在移動副23驅(qū)動下，動平臺3具有繞第二萬向鉸鏈27的第二轉(zhuǎn)動軸272的轉(zhuǎn)動自由度。當(dāng)?shù)诙\動支鏈2b內(nèi)的移動副沈伸縮時，帶動動平臺3繞第一萬向鉸鏈22的第 一轉(zhuǎn)動軸221轉(zhuǎn)動；而第一運動支鏈加和第三運動支鏈2c分別具有同軸的轉(zhuǎn)動自由度，因 此，在移動副26驅(qū)動下，動平臺3具有繞轉(zhuǎn)動副221的轉(zhuǎn)動自由度。當(dāng)?shù)谌\動支鏈2c內(nèi)的轉(zhuǎn)動副四轉(zhuǎn)動時，帶動動平臺3繞第二轉(zhuǎn)動副212轉(zhuǎn)動； 而第二運動支鏈2b和第三運動支鏈2c具有繞第二轉(zhuǎn)動副212轉(zhuǎn)動自由度，因此，在轉(zhuǎn)動副 29驅(qū)動下，動平臺3具有繞第二轉(zhuǎn)動副212的轉(zhuǎn)動自由度。由于第一萬向鉸鏈22的第一轉(zhuǎn)動軸221、第二萬向鉸鏈27的第二轉(zhuǎn)動軸272、第 二轉(zhuǎn)動副212的軸線匯交于一點，并且第一萬向鉸鏈22的第一轉(zhuǎn)動軸221和第二萬向鉸鏈 27的第二轉(zhuǎn)動軸272相互垂直，因此機(jī)構(gòu)具有三個解耦的轉(zhuǎn)動自由度。
權(quán)利要求
1.一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺、動平臺以及連 接在靜平臺與動平臺之間的第一運動支鏈、第二運動支鏈和第三運動支鏈；其特征在于所述的第一運動支鏈包括順序相連的第一萬向鉸鏈、第一移動副、第一轉(zhuǎn)動副和第二 轉(zhuǎn)動副；第一轉(zhuǎn)動副通過第一連接桿與第二轉(zhuǎn)動副相連，第一萬向鉸鏈還與靜平臺相連，第 二轉(zhuǎn)動副還與動平臺相連；所述的第二運動支鏈包括順序相連的第三轉(zhuǎn)動副、第二移動副和第二萬向鉸鏈；第三 轉(zhuǎn)動副還與靜平臺相連，第二萬向鉸鏈還通過第二連接桿與第一連接桿相連；所述的第三運動支鏈包括順序相連的第四轉(zhuǎn)動副、第五轉(zhuǎn)動副和第六轉(zhuǎn)動副；第四轉(zhuǎn) 動副還與靜平臺相連，第六轉(zhuǎn)動副還與動平臺相連；所述的第一萬向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動軸的軸線、第二萬向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動軸的軸線、第二 轉(zhuǎn)動副的軸線、第四轉(zhuǎn)動副的軸線、第五轉(zhuǎn)動副的軸線和第六轉(zhuǎn)動副的軸線相交于一點，該 點位于第二轉(zhuǎn)動副的軸上。
2.如權(quán)利要求1所述的用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在 于在第一運動支鏈中，第一轉(zhuǎn)動副的軸線與第一萬向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動軸平行；第一移動 副的軸線與第一轉(zhuǎn)動副的軸線垂直，第二轉(zhuǎn)動副的軸線與第一轉(zhuǎn)動副的軸線垂直，第一連 接桿的軸線與第二轉(zhuǎn)動副的軸線重合。
3.如權(quán)利要求1所述的用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在 于在第二運動支鏈中，第三轉(zhuǎn)動副的軸線與第二萬向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動軸平行，第二移動副 的軸線與第三轉(zhuǎn)動副的軸線垂直；第二連接桿的一端連接在第二萬向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動軸的 軸線上，另一端與第一連接桿斜交相連，第二萬向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動軸與第一轉(zhuǎn)動副的軸線 平行。
4.如權(quán)利要求1所述的用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在 于在第三運動支鏈中，第四轉(zhuǎn)動副的軸線第一萬向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動軸垂直并與第五轉(zhuǎn)動 副的軸線垂直；第五轉(zhuǎn)動副的軸線與第六轉(zhuǎn)動副的軸線正交垂直，第六轉(zhuǎn)動副的軸線與第 二轉(zhuǎn)動副的軸線垂直。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它包括靜平臺、動平臺以及連接在靜平臺與動平臺之間的第一運動支鏈、第二運動支鏈和第三運動支鏈。第一運動支鏈包括順序相連的第一萬向鉸鏈、第一移動副、第一轉(zhuǎn)動副和第二轉(zhuǎn)動副；第一轉(zhuǎn)動副通過第一連接桿與第二轉(zhuǎn)動副相連。第二運動支鏈包括順序相連的第三轉(zhuǎn)動副、第二移動副和第二萬向鉸鏈；第二萬向鉸鏈還通過第二連接桿與第一連接桿相連。第三運動支鏈包括順序相連的第四轉(zhuǎn)動副、第五轉(zhuǎn)動副和第六轉(zhuǎn)動副。本發(fā)明具有解耦的三個轉(zhuǎn)動自由度，轉(zhuǎn)動自由度僅依賴運動支鏈的運動副的線性控制，實現(xiàn)原理非常簡單，具有非常好的線性關(guān)系。
文檔編號B23Q1/26GK102145457SQ20111003601
公開日2011年8月10日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月11日
發(fā)明者劉燕, 宋芳, 張帆 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)