專利名稱：具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種機(jī)床和エ業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，尤其是具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸的三自由度的并聯(lián)數(shù)控機(jī)床和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)床具有剛度大、精度聞、承載能力強(qiáng)、自重負(fù)荷小等串聯(lián)機(jī)構(gòu)不具有的優(yōu)點(diǎn)，其被譽(yù)為二十一世紀(jì)以來機(jī)床結(jié)構(gòu)的一次革命。目前國際上研發(fā)出的并聯(lián)機(jī)床大都基于傳統(tǒng)的 6 自由度 S tewart 機(jī)構(gòu)(例如 CN00102901. O、CN03113115. 8、CN200410041753. 3、CN200310106458. 7);這種機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接它們的長度可調(diào)的連桿組成，連桿兩端分別為球鉸和萬向節(jié)，通過控制連桿的長度來改變動(dòng)平臺(tái)的位姿。但這類機(jī)構(gòu)存在以下問題(I)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，使其運(yùn)動(dòng)學(xué)正解困難；(2)機(jī)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致工作空間較??；(3)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿強(qiáng)耦合致使軌跡規(guī)劃和精度控制困難；(4)高精度球副制造困難。少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作空間較大、設(shè)計(jì)和控制容易等優(yōu)點(diǎn)，已成為只需要大于3小于6自由度工作場合的重要新型機(jī)械設(shè)備。具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和一個(gè)移動(dòng)自由度(簡稱2轉(zhuǎn)I移)的3自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(如US6431802、W00025976、ZL200610013608. 3、EP1123175、CA2349579、DE59905578D、ES2198991T、ZL200710057179. 4)是少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中非常重要的ー類，可被應(yīng)用為并聯(lián)機(jī)器人或并聯(lián)機(jī)床，如基于3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的Z3(W02000025976)主軸頭，基于2-SPR/UPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的Exechon混聯(lián)機(jī)床(W02006054935)。為了便于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的姿態(tài)控制和標(biāo)定，一般希望兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的軸線(簡稱轉(zhuǎn)軸)垂直相交，如五軸加工中心的A/B軸，或A/C軸；同吋，從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的角度出發(fā)，希望機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副盡量為單自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副。在現(xiàn)有并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的軸線(簡稱轉(zhuǎn)軸)隨動(dòng)平臺(tái)的位姿變化，使得標(biāo)定和控制具有很大困難；而2-SPR/UPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)雖然具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸，但其結(jié)構(gòu)中含有球鉸，在制造精度、轉(zhuǎn)動(dòng)范圍上和設(shè)計(jì)裝配上存在較大問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服上述背景技術(shù)的不足，提供ー種具有至少三個(gè)獨(dú)立可伸縮調(diào)整分支且不含球鉸的兩轉(zhuǎn)ー移三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有兩條垂直相交的轉(zhuǎn)軸，且具有結(jié)構(gòu)簡單、便于制造安裝、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡單，易于標(biāo)定控制等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)、機(jī)架以及并聯(lián)連接在動(dòng)平臺(tái)與機(jī)架之間的三個(gè)獨(dú)立可伸縮的調(diào)整分支；這三個(gè)調(diào)整分支分別是由依序連接在機(jī)架至動(dòng)平臺(tái)之間的萬向鉸、移動(dòng)副、連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的第一分支；由依序連接在機(jī)架至動(dòng)平臺(tái)之間的萬向鉸、移動(dòng)副、連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的第二分支；由依序連接在機(jī)架至動(dòng)平臺(tái)之間的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一連桿、萬向鉸、移動(dòng)副、第二連桿和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的第三分支；其特征在干第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線與第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線共線；第一分支中的萬向鉸的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸軸線以及轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，與第二分支中的萬向鉸內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸軸線以及轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行，且垂直于第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線以及第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線；第三分支中萬向鉸內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸軸線垂直且相交于萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸軸線，并與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行；第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直且相交于萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸軸線，其交點(diǎn)位于第一分支中的萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸與第二分支中的萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸的共線軸線上；第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線以及第二分 支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線共線；或者，第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一分支中的萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸與第二分支中的萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸的共線軸線。第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線、第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線以及第三分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線位于同一平面。所述第一分支、第二分支、第三分支中的移動(dòng)副均是主動(dòng)移動(dòng)副；主動(dòng)移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動(dòng)的絲杠機(jī)構(gòu)或是伺服電機(jī)。具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)、機(jī)架以及并聯(lián)連接在動(dòng)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)調(diào)整分支分別為第一分支、第二分支以及與第一分支、第二分支對稱分布的第三分支、第四分支；所述第一分支由依序連接在機(jī)架至動(dòng)平臺(tái)之間的萬向鉸、移動(dòng)副、連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副組成；所述第二分支由依序連接在機(jī)架至動(dòng)平臺(tái)之間的萬向鉸、移動(dòng)副、連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副組成；所述第三分支由依序連接在機(jī)架至動(dòng)平臺(tái)之間的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一連桿、萬向鉸、移動(dòng)副、第二連桿和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副組成；所述第四分支由依序連接在機(jī)架至動(dòng)平臺(tái)之間的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一連桿、萬向鉸、移動(dòng)副、第二連桿和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副組成；其特征在于第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線與第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線共線；第一分支中的萬向鉸的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸軸線、轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與第二分支中的萬向鉸內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸軸線、轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行且垂直于第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線、第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線；第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與第四分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均垂直于第三分支中萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸軸線、第四分支中萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸軸線；第三分支中的萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸軸線與第四分支中的萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸軸線共線；第三分支中的萬向鉸的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸軸線以及第ニ轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，與第四分支中的萬向鉸的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸軸線以及第ニ轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行，且垂直于第三分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線、第四分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線；第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、第四分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線以及第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線共線；或者，第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與第四分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共線，該共線直線垂直且相交于第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸與第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸的共線軸線。第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線、第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線、第三分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線以及第四分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線位于同一平面；所述第一分支、第二分支、第三分支、第四分支中的移動(dòng)副均是主動(dòng)移動(dòng)副；主動(dòng)移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動(dòng)的絲杠機(jī)構(gòu)或是伺服電機(jī)。 本文所述的兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸，其中一條是第三分支(或第三分支和第四分支)萬向鉸第一轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)軸；另一條是第三分支(或第三分支和第四分支)萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸。本實(shí)用新型中，動(dòng)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)空間的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和一個(gè)移動(dòng)自由度；其中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度是動(dòng)平臺(tái)同時(shí)繞第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸與第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，另ー個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度是動(dòng)平臺(tái)可繞第三分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸(或同時(shí)繞第四分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸)轉(zhuǎn)動(dòng)；移動(dòng)自由度是動(dòng)平臺(tái)可在垂直方向(即垂直于機(jī)架平面的方向)發(fā)生移動(dòng)。本實(shí)用新型的有益效果不僅在于機(jī)構(gòu)具有兩條相交轉(zhuǎn)軸，且不含球鉸，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡單，易于控制標(biāo)定，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大、制造成本也得到下降。另外第三分支的冗余驅(qū)動(dòng)方式，能夠提高該機(jī)構(gòu)剛度以及承載力，可廣泛應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床等場合。

圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例之一的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例之ニ的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例之三的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例之四的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示的實(shí)施例進(jìn)ー步說明。以下各實(shí)施例中，所述每個(gè)分支的萬向鉸中的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互垂直且相交；第一分支的轉(zhuǎn)動(dòng)副15、第二分支的轉(zhuǎn)動(dòng)副25、第三分支中的轉(zhuǎn)動(dòng)副37(或第三分支中的轉(zhuǎn)動(dòng)副37、第四分支中的轉(zhuǎn)動(dòng)副47)，是3 (或4)個(gè)分別直接連接動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述的移動(dòng)副軸線是指與移動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)方向平行的直線，轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線是指轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)的中心線。此外，每一分支中移動(dòng)副均是主動(dòng)移動(dòng)副，所述的主動(dòng)移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動(dòng)的絲杠機(jī)構(gòu)或是伺服電機(jī)。以上所述均為一般機(jī)器人機(jī)構(gòu)的常規(guī)設(shè)計(jì)。實(shí)施例I :圖I所示，動(dòng)平臺(tái)4通過三個(gè)分支與機(jī)架11、機(jī)架21、機(jī)架31并聯(lián)連接；其中，第一分支5. I中，機(jī)架依次通過萬向鉸12(該萬向鉸包括安裝在機(jī)架上的繞外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia旋轉(zhuǎn)的外部旋轉(zhuǎn)元件12. I和安裝在外部旋轉(zhuǎn)元件上的繞內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸12. 2a旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件12. 2)、移動(dòng)副13、連桿14、轉(zhuǎn)動(dòng)副15與動(dòng)平臺(tái)4連接 ，第二分支5. 2中，機(jī)架依次通過萬向鉸22 (該萬向鉸包括安裝在機(jī)架上的繞外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia旋轉(zhuǎn)的外部旋轉(zhuǎn)元件
22.I和安裝在外部旋轉(zhuǎn)元件上的繞內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸22. 2a旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件22. 2)、移動(dòng)副
23、連桿24、轉(zhuǎn)動(dòng)副25與動(dòng)平臺(tái)4連接；第三分支5.3中，機(jī)架依次通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32、連桿33、萬向鉸34 (該萬向鉸包括聯(lián)接在連桿33上的繞外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia旋轉(zhuǎn)的外部旋轉(zhuǎn)元件34. I和安裝在內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件上的繞內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸34. 2a旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件34. 2)、移動(dòng)副35、連桿36、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副37與動(dòng)平臺(tái)4連接；此外，機(jī)架11、機(jī)架21和機(jī)架31分別與第一分支的萬向鉸12的外部旋轉(zhuǎn)軸12. la、第二分支的萬向鉸22的外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia和第三分支的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32連接；第一分支的萬向鉸12的外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia的軸線、第二分支的萬向鉸22的外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia的軸線、第三分支的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32軸線共線，且垂直于第一分支中的萬向鉸12的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸12. 2a軸線、第二分支中的萬向鉸22的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸22. 2a軸線；第一分支的萬向鉸12的外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia的軸線、第二分支的萬向鉸22的外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia的軸線、第三分支的 萬向鉸34的外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia的軸線共同位于一平面；第一分支的萬向鉸12的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸12. 2a的軸線與第二分支的萬向鉸22的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸22. 2a的軸線平行且平行于第一分支的轉(zhuǎn)動(dòng)副15的軸線與第二分支的轉(zhuǎn)動(dòng)副25的軸線。第一分支中，移動(dòng)副13的軸線還與轉(zhuǎn)動(dòng)副15的轉(zhuǎn)軸軸線垂直。第二分支中，移動(dòng)副23的軸線還與轉(zhuǎn)動(dòng)副25的轉(zhuǎn)軸軸線垂直。第三分支中，移動(dòng)副35的軸線還與轉(zhuǎn)動(dòng)副37的轉(zhuǎn)軸軸線垂直。實(shí)施例2 本實(shí)施例如圖2所示，結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I基本相同；區(qū)別僅是實(shí)施例I中第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32軸線與第一分支中的萬向鉸12外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia軸線以及第二分支中的萬向鉸22外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia軸線共線；而且，第三分支中，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32軸線垂直于萬向鉸34的外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia軸線；萬向鉸34內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸34. 2a軸線與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副37軸線平行且垂直于萬向鉸34的外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia軸線；而實(shí)施例2中第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32軸線垂直于第一分支中的萬向鉸12的外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia軸線、第二分支中的萬向鉸22的外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia軸線。而且，第三分支中，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32軸線垂直于萬向鉸34外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia軸線，且第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32軸線與萬向鉸34的外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia軸線的交點(diǎn)位于第一分支中的萬向鉸12外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia與第二分支中的萬向鉸22外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia共線軸線上；萬向鉸34的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸34. 2a軸線與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副37軸線平行且垂直于萬向鉸34的外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia軸線。實(shí)施例3 圖3所示，動(dòng)平臺(tái)4通過四個(gè)分支與機(jī)架11、機(jī)架21、機(jī)架31、機(jī)架41并聯(lián)連接；第一分支5. I中，機(jī)架依次通過萬向鉸12 (該萬向鉸包括安裝在機(jī)架上的繞外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia旋轉(zhuǎn)的外部旋轉(zhuǎn)元件12. I和安裝在外部旋轉(zhuǎn)元件上的繞內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸12. 2a旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件12. 2)、移動(dòng)副13、連桿14、轉(zhuǎn)動(dòng)副15與動(dòng)平臺(tái)4連接；第二分支5. 2中，機(jī)架依次通過萬向鉸22 (該萬向鉸包括安裝在機(jī)架上的繞外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia旋轉(zhuǎn)的外部旋轉(zhuǎn)元件22. I和安裝在外部旋轉(zhuǎn)元件上的繞內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸22. 2a旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件22. 2)、移動(dòng)副23、連桿24、轉(zhuǎn)動(dòng)副25與動(dòng)平臺(tái)4連接；第三分支5. 3中，機(jī)架依次通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32、連桿33、萬向鉸34 (該萬向鉸包括聯(lián)接在連桿33上的繞外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia旋轉(zhuǎn)的外部旋轉(zhuǎn)元件34. I和安裝在內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件上的繞內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸34. 2a旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件34. 2)、移動(dòng)副35、連桿36、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副37與動(dòng)平臺(tái)4連接；第四分支5. 4中，機(jī)架依次通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副42、連桿43、萬向鉸44(該萬向鉸包括聯(lián)接在連桿43上的繞外部旋轉(zhuǎn)軸44. Ia旋轉(zhuǎn)的外部旋轉(zhuǎn)元件44. I和安裝在內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件上的繞內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸44. 2a旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件44. 2)、移動(dòng)副45、連桿46、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副47與動(dòng)平臺(tái)4連接。此外，機(jī)架11、機(jī)架21、機(jī)架31以及機(jī)架41分別與第一分支的萬向鉸12的外部旋轉(zhuǎn)軸12. la、第二分支的萬向鉸22的外部旋轉(zhuǎn)軸22. la、第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32以及第四分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副42連接。第一分支中的萬向鉸12的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸12. 2a軸線、第二分支中的萬向鉸22的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸22. 2a軸線相互平行且垂直于第一分支中的萬向鉸12的外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia軸線、第二分支中的萬向鉸22的外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia軸線；第一分支的萬向鉸12的外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia的軸線、第二分支的萬向鉸22的外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia的軸線、第三分支中的萬向鉸34的外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia軸線與第四分支中的萬向鉸44的外部旋轉(zhuǎn)軸44. Ia軸線共同位于ー 平面。圖中還可知第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32軸線、第四分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副42軸線、第一分支的萬向鉸12的外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia的軸線以及第二分支的萬向鉸22的外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia軸線共線；第一分支的萬向鉸12的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸12. 2a的軸線、第二分支的萬向鉸22的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸22. 2a的軸線、第一分支的轉(zhuǎn)動(dòng)副15的軸線、第二分支的轉(zhuǎn)動(dòng)副25的軸線相互平行。第三分支中的萬向鉸的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸34. 2a軸線、第三分支中的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副37軸線、第四分支中的萬向鉸的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸44.2a軸線、第四分支中的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副47軸線相互平行；第三分支中，萬向鉸34的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸34. 2a軸線垂直于萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia軸線，第四分支中，萬向鉸44的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸44. 2a軸線垂直于萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸44. Ia軸線。第一分支中，移動(dòng)副13的軸線還與轉(zhuǎn)動(dòng)副15的轉(zhuǎn)軸軸線垂直。第二分支中，移動(dòng)副23的軸線還與轉(zhuǎn)動(dòng)副25的轉(zhuǎn)軸軸線垂直。第三分支中，移動(dòng)副35的軸線還與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副37的轉(zhuǎn)軸軸線垂直。第四分支中，移動(dòng)副45的軸線還與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副47的轉(zhuǎn)軸軸線垂直。實(shí)施例4 本實(shí)施例如圖4所示，結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3基本相同；區(qū)別僅是實(shí)施例3中第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32軸線、第四分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副42軸線、第一分支中的萬向鉸12外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia軸線、第二分支中的萬向鉸22外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia軸線共線，還垂直于第三分支中的萬向鉸34的外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia軸線、第四分支中的萬向鉸44的外部旋轉(zhuǎn)軸44. Ia軸線。而實(shí)施例4中第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32軸線、第四分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副42軸線共線，且垂直于第一分支中的萬向鉸12的外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia軸線、第二分支中的萬向鉸22的外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia軸線；第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副32軸線、第四分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副42軸線垂直且相交于第三分支中的萬向鉸34外部旋轉(zhuǎn)軸34. Ia軸線、第四分支中的萬向鉸44外部旋轉(zhuǎn)軸44. Ia軸線，且其交點(diǎn)位于第一分支中的萬向鉸12外部旋轉(zhuǎn)軸12. Ia與第二分支中的萬向鉸22外部旋轉(zhuǎn)軸22. Ia共線軸線上。較之實(shí)施例I和實(shí)施例2，實(shí)施例3和實(shí)施例4由于引入了冗余驅(qū)動(dòng)的第四分支，其結(jié)構(gòu)剛度更大，可承受更大的負(fù)載，適用于重載操作任務(wù)。 尚需說明的是為圖面清晰，圖中所有鉸接點(diǎn)僅畫出鉸接孔，鉸接軸均予省略。
權(quán)利要求1.具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)(4)、機(jī)架(11，21，31)以及并聯(lián)連接在動(dòng)平臺(tái)與機(jī)架之間的三個(gè)獨(dú)立可伸縮的調(diào)整分支；這三個(gè)調(diào)整分支分別是 由依序連接在機(jī)架(11)至動(dòng)平臺(tái)(4)之間的萬向鉸(12)、移動(dòng)副(13)、連桿(14)和轉(zhuǎn)動(dòng)副(15)組成的第一分支(5. I)； 由依序連接在機(jī)架(21)至動(dòng)平臺(tái)(4)之間的萬向鉸(22)、移動(dòng)副(23)、連桿(24)和轉(zhuǎn)動(dòng)副(25)組成的第二分支(5. 2)； 由依序連接在機(jī)架(31)至動(dòng)平臺(tái)(4)之間的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(32)、第一連桿(33)、萬向鉸(34),移動(dòng)副(35)、第ニ連桿(36)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(37)組成的第三分支(5.3); 其特征在于 第一分支中的萬向鉸(12)的外部旋轉(zhuǎn)軸(12. Ia)軸線與第二分支中的萬向鉸(22)的外部旋轉(zhuǎn)軸(22. Ia)軸線共線；第一分支中的萬向鉸(12)的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸(12. 2a)軸線以及轉(zhuǎn)動(dòng)副(15)軸線，與第二分支中的萬向鉸(22)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸(22. 2a)軸線以及轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線(25)相互平行，且垂直于第一分支中的萬向鉸(12)的外部旋轉(zhuǎn)軸(12. Ia)軸線以及第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸(22. Ia)軸線；第三分支中萬向鉸(34)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸(34. 2a)軸線垂直且相交于萬向鉸(34)的外部旋轉(zhuǎn)軸(34. Ia)軸線，并與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(37)軸線平行；第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(32)軸線垂直且相交于萬向鉸(34)的外部旋轉(zhuǎn)軸(34. Ia)軸線，其交點(diǎn)位于第一分支中的萬向鉸(12)的外部旋轉(zhuǎn)軸(12. Ia)與第二分支中的萬向鉸(22)的外部旋轉(zhuǎn)軸(22. Ia)的共線軸線上； 第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(32)軸線、第一分支中的萬向鉸(12)外部旋轉(zhuǎn)軸(12. Ia)軸線以及第二分支中的萬向鉸(22)外部旋轉(zhuǎn)軸(22. Ia)軸線共線；或者， 第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(32)軸線垂直于第一分支中的萬向鉸(12)的外部旋轉(zhuǎn)軸(12. Ia)與第二分支中的萬向鉸(22)的外部旋轉(zhuǎn)軸(22. Ia)的共線軸線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸(12. Ia)軸線、第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸(22. Ia)軸線以及第三分支中的萬向鉸(34)外部旋轉(zhuǎn)軸(34. Ia)軸線位于同一平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第一分支、第二分支、第三分支中的移動(dòng)副均是主動(dòng)移動(dòng)副；主動(dòng)移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動(dòng)的絲杠機(jī)構(gòu)或是伺服電機(jī)。
4.具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)(4)、機(jī)架(11、21、31、41)以及并聯(lián)連接在動(dòng)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)調(diào)整分支分別為第一分支(5. I)、第二分支(5. 2)以及與第一分支、第二分支對稱分布的第三分支(5. 3)、第四分支(5. 4)； 所述第一分支(5. I)由依序連接在機(jī)架(11)至動(dòng)平臺(tái)(4)之間的萬向鉸(12)、移動(dòng)副(13)、連桿(14)和轉(zhuǎn)動(dòng)副(15)組成； 所述第二分支(5. 2)由依序連接在機(jī)架(21)至動(dòng)平臺(tái)(4)之間的萬向鉸(22)、移動(dòng)副(23)、連桿(24)和轉(zhuǎn)動(dòng)副(25)組成； 所述第三分支(5. 3)由依序連接在機(jī)架(31)至動(dòng)平臺(tái)(4)之間的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(32)、第ー連桿(33 )、萬向鉸(34 )、移動(dòng)副(35 )、第二連桿(36 )和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(37 )組成； 所述第四分支(5. 4)由依序連接在機(jī)架(41)至動(dòng)平臺(tái)(4)之間的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(42)、第一連桿(43 )、萬向鉸(44 )、移動(dòng)副(45 )、第二連桿(46 )和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(47 )組成； 其特征在于 第一分支中的萬向鉸(12)外部旋轉(zhuǎn)軸(12. Ia)軸線與第二分支中的萬向鉸(22)外部旋轉(zhuǎn)軸(22. Ia)軸線共線；第一分支中的萬向鉸(12)的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸(12. 2a)軸線、轉(zhuǎn)動(dòng)副(15)軸線與第二分支中的萬向鉸(22)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸(22. 2a)軸線、轉(zhuǎn)動(dòng)副(25)軸線相互平行且垂直于第一分支中的萬向鉸(12)外部旋轉(zhuǎn)軸(12. Ia)軸線、第二分支中的萬向鉸(22)外部旋轉(zhuǎn)軸(22. Ia)軸線；第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(32)軸線與第四分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(42)軸線均垂直于第三分支中萬向鉸(34)的外部旋轉(zhuǎn)軸(34. Ia)軸線、第四分支中萬向鉸(44)的外部旋轉(zhuǎn)軸(44. Ia)軸線；第三分支中的萬向鉸(34)的外部旋轉(zhuǎn)軸(34. Ia)軸線與第四分支中的萬向鉸(44)的外部旋轉(zhuǎn)軸(44. Ia)軸線共線；第三分支中的萬向鉸(34)的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸(34. 2a)軸線以及第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(37)軸線，與第四分支中的萬向鉸(44)的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸(44. 2a)軸線以及第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(47)軸線相互平行，且垂直于第三分支中的萬向鉸(34)外部旋轉(zhuǎn)軸(34. Ia)軸線、第四分支中的萬向鉸(44)外部旋轉(zhuǎn)軸(44. Ia)軸線； 第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(32)軸線、第四分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(42)軸線、第一分支中的萬向鉸(12)外部旋轉(zhuǎn)軸(12. Ia)軸線以及第二分支中的萬向鉸(22)外部旋轉(zhuǎn)軸(22. Ia)軸線共線；或者， 第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(32)軸線與第四分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副(42)軸線共線，該共線直線垂直且相交于第一分支中的萬向鉸(12)外部旋轉(zhuǎn)軸(12. Ia)與第二分支中的萬向鉸(22)外部旋轉(zhuǎn)軸(22. Ia)的共線軸線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸(12. Ia)軸線、第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸(22. Ia)軸線、第三分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸(34. Ia)軸線以及第四分支的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸(44. Ia)軸線位于同一平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第一分支、第二分支、第三分支、第四分支中的移動(dòng)副均是主動(dòng)移動(dòng)副；主動(dòng)移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動(dòng)的絲杠機(jī)構(gòu)或是伺服電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種并聯(lián)數(shù)控機(jī)床和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。目的是提供的機(jī)構(gòu)具有兩條垂直相交的轉(zhuǎn)軸，且具有結(jié)構(gòu)簡單、便于制造安裝、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡單，易于標(biāo)定控制等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案是具有兩條垂直相交轉(zhuǎn)軸的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)、機(jī)架以及并聯(lián)連接在動(dòng)平臺(tái)與機(jī)架之間的三個(gè)獨(dú)立可伸縮的調(diào)整分支；其特征在于第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線與第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線共線；第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、第一分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線以及第二分支中的萬向鉸外部旋轉(zhuǎn)軸軸線共線，或者，第三分支中的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于第一分支中的萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸與第二分支中的萬向鉸的外部旋轉(zhuǎn)軸的共線軸線。
文檔編號B25J9/08GK202539952SQ20122016666
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者余旭鋒, 崔東蘇, 李秦川, 武傳宇, 陳巧紅 申請人:浙江理工大學(xué)