專利名稱：具有雙運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，尤其是具有雙運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度少于6，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高精度、工作空間較大、控制簡(jiǎn)便等特性。由于存在這些優(yōu)勢(shì)，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)在機(jī)械加工、醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域有了非常廣泛的應(yīng)用。其中三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)如今在并聯(lián)機(jī)床應(yīng)用領(lǐng)域中，使用較多的是具有繞空間兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)和沿一個(gè)方向移動(dòng)的三自由度[PP]S類并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如德國(guó)DS Technologie機(jī)床公司推出的以3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)的Z3 (W02000025976)主軸頭和Karl-Erik Neumann先生提出的并聯(lián)部分是2-UPR-SPR的Exechon 機(jī)床(W02006054935)。但是z3主軸頭的3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的兩條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線隨著動(dòng)平臺(tái)位姿的變化而變化，對(duì)于機(jī)構(gòu)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)標(biāo)定和控制產(chǎn)生了不便之處。2-UPR-SPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在球鉸，增加了制造上的難度，精度也不 易控制。且不管是3-PRS還是2-UPR-SPR的分支數(shù)都是3條，是非冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，使得機(jī)構(gòu)的剛度和承載性能都有所下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種不含球鉸鏈的兩轉(zhuǎn)一移三自由度冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)；該機(jī)構(gòu)應(yīng)具有運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡(jiǎn)單，易于標(biāo)定控制以及便于制造安裝的特點(diǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:具有雙運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括上下平臺(tái)、機(jī)架以及并聯(lián)連接在上下平臺(tái)與機(jī)架之間的四個(gè)獨(dú)立可伸縮的調(diào)整分支；這四個(gè)分支中:第一分支以及第三分支分別由依序連接在機(jī)架至下平臺(tái)之間的移動(dòng)副、第一轉(zhuǎn)動(dòng)畐O、連桿、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、連桿和萬(wàn)向鉸組成；第二分支以及第四分支分別由依序連接在機(jī)架至上平臺(tái)之間的移動(dòng)副、第一轉(zhuǎn)動(dòng)畐O、連桿、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、連桿和萬(wàn)向鉸組成；第一分支、第二分支、第三分支以及第四分支按順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向均布在上平臺(tái)的周向；其特征在于:所述的移動(dòng)副均包括與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合的滑塊；所述移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)裝置是電機(jī)帶動(dòng)的絲杠機(jī)構(gòu)，其中含有通過(guò)螺紋配合結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑塊的絲杠，導(dǎo)軌軸線與絲杠軸線均垂直于地面；固結(jié)在機(jī)架上的第一分支中絲杠的軸線和固結(jié)在機(jī)架上的第三分支中絲杠的軸線共面；固結(jié)在機(jī)架上的第二分支中絲杠的軸線和固結(jié)在機(jī)架上的第四分支中絲杠的軸線共面；且第一分支中絲杠的軸線和第三分支中絲杠的軸線組成的平面垂直于第二分支中絲杠的軸線和第四分支中絲杠的軸線組成的平面；在第一分支中，與滑塊鉸接的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行于第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，且垂直于第一分支的絲杠軸線，萬(wàn)向鉸的一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與鉸接連桿的軸線共線，另一條軸線垂直于下平臺(tái)的平面；在第二分支中，與滑塊鉸接的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行于第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，且垂直于第二分支的絲杠軸線，萬(wàn)向鉸的一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與鉸接連桿的軸線共線，另一條軸線垂直于上平臺(tái)的平面；在第三分支中，與滑塊鉸接的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行于第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，且垂直于第三分支的絲杠軸線，萬(wàn)向鉸的一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與鉸接連桿的軸線共線，另一條軸線垂直于下平臺(tái)的平面；在第四分支中，與滑塊鉸接的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行于第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，且垂直于第四分支的絲杠軸線，萬(wàn)向鉸的一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與鉸接連桿的軸線共線，另一條軸線垂直于上平臺(tái)的平面；上下平臺(tái)通過(guò)螺柱和法蘭固結(jié)為一體。所述各分支的移動(dòng)副均是主動(dòng)副。所述的鉸接均采用鉸接軸與鉸接孔配合的鉸接結(jié)構(gòu)。所述下平臺(tái)上配置有一個(gè)電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)刀具主軸頭，主軸頭軸線垂直于下平臺(tái)平面。本發(fā)明的有益效果是:該三自由度機(jī)構(gòu)具有兩條垂直交錯(cuò)的轉(zhuǎn)軸，兩轉(zhuǎn)軸的空間相對(duì)位置不變，且不含球鉸，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡(jiǎn)單，易于控制模型的建立和運(yùn)動(dòng)標(biāo)定，便于制造安裝。另外增加了第四分支，整個(gè)機(jī)構(gòu)使用了冗余驅(qū)動(dòng)的方式，提高了機(jī)構(gòu)的剛度和承載能力，可用于并聯(lián)機(jī)床場(chǎng)合。


圖1是本發(fā)明 實(shí)施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的左視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖一。圖4是圖3中的A部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖二。圖6是圖5中的B部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖所示的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。圖1和圖2所示，機(jī)構(gòu)的四個(gè)分支呈兩兩對(duì)稱分布(第一分支、第二分支、第三分支以及第四分支按順時(shí)針方向環(huán)繞均布在上平臺(tái)的周向，或者按逆時(shí)針方向環(huán)繞均布在上平臺(tái)的周向)。四個(gè)分支中的導(dǎo)軌及絲杠均安裝在機(jī)架上，其軸線均垂直于地面。分支一的滑塊6與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，且由絲杠2通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)(滑塊上制有與絲杠螺紋相適合的螺母；以下同)驅(qū)動(dòng)，滑塊6和連桿14通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副10連接，連桿14和連桿22通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副18連接，連桿22和下平臺(tái)35通過(guò)萬(wàn)向鉸26連接。分支二的滑塊7與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，且由絲杠3通過(guò)螺紋配合結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，滑塊7和連桿15通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副11連接，連桿15和連桿23通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副19連接，連桿23和上平臺(tái)30通過(guò)萬(wàn)向鉸28連接。分支三的滑塊8與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，且由絲杠4通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，滑塊8和連桿16通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副12連接，連桿16和連桿24通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副20連接，連桿24和下平臺(tái)35通過(guò)萬(wàn)向鉸27連接。分支四的滑塊9與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，且由絲杠5通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，滑塊9和連桿17通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副13連接，連桿17和連桿25通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副21連接，連桿25和上平臺(tái)30通過(guò)萬(wàn)向鉸28連接。其中，轉(zhuǎn)動(dòng)副10、轉(zhuǎn)動(dòng)副12、轉(zhuǎn)動(dòng)副18、轉(zhuǎn)動(dòng)副20的軸線互相平行，垂直于絲杠2和絲杠4。轉(zhuǎn)動(dòng)副11、轉(zhuǎn)動(dòng)副13、轉(zhuǎn)動(dòng)副19、轉(zhuǎn)動(dòng)副21的軸線互相平行，垂直于絲杠3和絲杠5的軸線。萬(wàn)向鉸26的一條軸線垂直于下平臺(tái)平面，另一條軸線與連桿22的軸線共線(平行于下平臺(tái)平面)，且和萬(wàn)向鉸27的一條軸線共線。萬(wàn)向鉸27的一條軸線垂直于下平臺(tái)平面，另一條軸線與連桿24的軸線共線(平行于下平臺(tái)平面)。萬(wàn)向鉸28的一條軸線垂直于上平臺(tái)平面，另一條軸線與連桿23和連桿25的軸線共線。上下平臺(tái)連接有四個(gè)螺柱，第一螺柱31.1的一端通過(guò)第一法蘭31.2與上平臺(tái)連接，另一端通過(guò)第二法蘭31.3與下平臺(tái)連接。第二螺柱32.1的一端通過(guò)第三法蘭32.2與上平臺(tái)連接，另一端通過(guò)第四法蘭32.3與下平臺(tái)連接。第三螺柱33.1的一端通過(guò)第五法蘭33.2與上平臺(tái)連接，另一端通過(guò)第六法蘭33.3與下平臺(tái)連接。第四螺柱34.1的一端通過(guò)第七 法蘭34.2與上平臺(tái)連接，另一端通過(guò)第八法蘭34.3與下平臺(tái)連接。在下平臺(tái)上配置一個(gè)電機(jī)36，由該電機(jī)帶動(dòng)刀具主軸頭。整個(gè)機(jī)構(gòu)采用四個(gè)伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)四條分支的絲杠，即四個(gè)移動(dòng)副就是主運(yùn)動(dòng)副，最后帶動(dòng)刀具37進(jìn)行空間三自由度運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.具有雙運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括上下平臺(tái)、機(jī)架以及并聯(lián)連接在上下平臺(tái)與機(jī)架之間的四個(gè)獨(dú)立可伸縮的調(diào)整分支；這四個(gè)分支中: 第一分支以及第三分支分別由依序連接在機(jī)架(I)至下平臺(tái)(35)之間的移動(dòng)副、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、連桿、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、連桿和萬(wàn)向鉸組成； 第二分支以及第四分支分別由依序連接在機(jī)架(I)至上平臺(tái)(30)之間的移動(dòng)副、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、連桿、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、連桿和萬(wàn)向鉸組成； 第一分支、第二分支、第三分支以及第四分支按順時(shí)針方向環(huán)繞均布在上平臺(tái)的周向； 其特征在于:所述的移動(dòng)副均包括與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合的滑塊；所述移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)裝置是電機(jī)帶動(dòng)的絲杠機(jī)構(gòu)，其中配有通過(guò)螺紋配合結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑塊的絲杠，導(dǎo)軌軸線與絲杠軸線均垂直于地面； 固結(jié)在機(jī)架上的第一分支中絲杠(2)的軸線和固結(jié)在機(jī)架上的第三分支中絲杠(4)的軸線共面；固結(jié)在機(jī)架上的第二分支中絲杠(3)的軸線和固結(jié)在機(jī)架上的第四分支中絲杠(5)的軸線共面；且第一分支中絲杠的軸線和第三分支中絲杠的軸線組成的平面垂直于第二分支絲杠的軸線和第四分 支中絲杠的軸線組成的平面；在第一分支中，與滑塊(6)鉸接的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(10)軸線平行于第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(18)軸線，且垂直于第一分支的絲杠軸線，萬(wàn)向鉸(26)的一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與鉸接連桿(22)的軸線共線，另一條軸線垂直于下平臺(tái)的平面；在第二分支中，與滑塊(7)鉸接的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(11)軸線平行于第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(19)軸線，且垂直于第二分支的絲杠(3)軸線，萬(wàn)向鉸(28)的一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與鉸接連桿(23)的軸線共線，另一條軸線垂直于上平臺(tái)的平面；在第三分支中，與滑塊(8)鉸接的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(12)軸線平行于第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(20)軸線，且垂直于第三分支的絲杠(4)軸線，萬(wàn)向鉸(27)的一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與鉸接連桿(24)的軸線共線，另一條軸線垂直于下平臺(tái)的平面；在第四分支中，與滑塊(9)鉸接的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(13)軸線平行于第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(21)軸線，且垂直于第四分支的絲杠(5)軸線，萬(wàn)向鉸(28)的一條轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與鉸接連桿(25)的軸線共線，另一條軸線垂直于上平臺(tái)的平面；上下平臺(tái)通過(guò)螺柱和法蘭固結(jié)為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述各分支的移動(dòng)副均是主動(dòng)副。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有雙運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的鉸接均采用鉸接軸與鉸接孔配合的鉸接結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有雙運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述下平臺(tái)上配置有一個(gè)電機(jī)(36)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)刀具主軸頭，主軸頭軸線垂直于下平臺(tái)平面。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有雙運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。目的是提供的機(jī)構(gòu)應(yīng)具有運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡(jiǎn)單，易于標(biāo)定控制以及便于制造安裝的特點(diǎn)。技術(shù)方案是具有雙運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的冗余驅(qū)動(dòng)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括上下平臺(tái)、機(jī)架以及四個(gè)獨(dú)立可伸縮的調(diào)整分支；其特征在于移動(dòng)副均包括與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合的滑塊；所述移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)裝置是電機(jī)帶動(dòng)的絲杠機(jī)構(gòu)，其中含有通過(guò)螺紋配合結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑塊的絲杠，導(dǎo)軌軸線與絲杠軸線均垂直于地面。
文檔編號(hào)B23Q1/25GK103231254SQ20131014188
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者李秦川, 馬吉鋼, 黃田, 戴建生, 劉辛軍 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)