本發(fā)明涉及一種用于金屬板材加工的機(jī)械裝置，特別涉及一種四自由度正交并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以滿(mǎn)足空間物體的搬運(yùn)操作，可被廣泛應(yīng)用于微操作機(jī)械手以及機(jī)械裝配、現(xiàn)代物流、電子信息和食品醫(yī)藥等領(lǐng)域自動(dòng)化生產(chǎn)線高速輕載搬運(yùn)作業(yè)當(dāng)中。

目前，常見(jiàn)的少自由并聯(lián)機(jī)構(gòu)多為非正交機(jī)構(gòu)，例如最常見(jiàn)的delta并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)和stweart并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，以及根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)衍生發(fā)展出來(lái)的其他形式的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，這些并聯(lián)機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)支鏈間的運(yùn)動(dòng)耦合性都較強(qiáng)，導(dǎo)致其控制過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。美國(guó)專(zhuān)利us6729202b2公開(kāi)了一種正交三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈，這三條支鏈共同限制動(dòng)平臺(tái)的三維轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)約束使得動(dòng)平臺(tái)只具有三個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)受限制的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。這種機(jī)構(gòu)通過(guò)控制安裝在機(jī)架上的同步帶驅(qū)動(dòng)各運(yùn)動(dòng)支鏈，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)平臺(tái)的平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的控制。

上述并聯(lián)機(jī)構(gòu)為部分解耦的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)同步帶的方式作為驅(qū)動(dòng)裝置，增加了裝配難度，并且難以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)平臺(tái)的高精度控制。國(guó)內(nèi)學(xué)者在正交并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究方面也取得了一些成果，如中國(guó)專(zhuān)利200610170999.x公開(kāi)的一種“三平動(dòng)正交解耦并聯(lián)微動(dòng)平臺(tái)”，能夠克服部分上述缺陷，具有較高的剛度和解耦性能，但是還不能使并聯(lián)機(jī)構(gòu)達(dá)到完全解耦的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種四自由度正交并聯(lián)機(jī)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的解耦性不強(qiáng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，具有運(yùn)動(dòng)學(xué)解耦性好、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種四自由度正交并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)座框架1，機(jī)座框架1左頂梁和右頂梁的側(cè)壁上沿其長(zhǎng)度方向分別固定安裝有第一導(dǎo)軌2-1和第二導(dǎo)軌2-2，機(jī)座框架1右前立柱的側(cè)壁上沿其長(zhǎng)度方向固定安裝有第三導(dǎo)軌2-3，機(jī)座框架1后底梁上側(cè)壁沿其長(zhǎng)度方向固定安裝有第四導(dǎo)軌2-4；

第一導(dǎo)軌2-1上安裝有第一驅(qū)動(dòng)單元3-1并與其滑動(dòng)連接，第二導(dǎo)軌2-2上安裝有第二驅(qū)動(dòng)單元3-2并與其滑動(dòng)連接，第三導(dǎo)軌2-3上安裝有第三驅(qū)動(dòng)單元3-3并與其滑動(dòng)連接，第四導(dǎo)軌2-4上安裝有第四驅(qū)動(dòng)單元3-4并與其滑動(dòng)連接；

第一支鏈4-1的一端通過(guò)第一固定塊5-1固定安裝在第一驅(qū)動(dòng)單元3-1的滑塊上，第一支鏈4-1的另一端與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二支鏈4-2的一端通過(guò)第二固定塊5-2固定安裝在第二驅(qū)動(dòng)單元3-2的滑塊上，第二支鏈4-2的另一端與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第三支鏈4-3的一端通過(guò)第三固定塊5-3固定安裝在第三驅(qū)動(dòng)單元3-3的滑塊上，第三支鏈4-3的另一端與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接；第四支鏈4-4的一端通過(guò)第四固定塊5-4固定安裝在第四驅(qū)動(dòng)單元3-4的滑塊上，第三支鏈4-3的另一端與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接；

所述第一支鏈4-1、第二支鏈4-2、第三支鏈4-3及第四支鏈4-4均為兩節(jié)活動(dòng)連接結(jié)構(gòu)，且為正交布置。

所述機(jī)座框架1底部由四條呈矩形框架式結(jié)構(gòu)布置的型材組成，機(jī)座框架1的側(cè)壁為結(jié)構(gòu)相同的第一龍門(mén)架7和第二龍門(mén)架8對(duì)稱(chēng)垂直安裝，第一龍門(mén)架7與第二龍門(mén)架8之間通過(guò)型材9連接固定，所述第一龍門(mén)架7和第二龍門(mén)架8頂梁側(cè)壁上沿其長(zhǎng)度方向分別固定安裝第一導(dǎo)軌2-1和第二導(dǎo)軌2-2。

所述第一驅(qū)動(dòng)單元3-1、第二驅(qū)動(dòng)單元3-2、第三驅(qū)動(dòng)單元3-3及第四驅(qū)動(dòng)單元3-4均為直線滑臺(tái)結(jié)構(gòu)，其中第二驅(qū)動(dòng)單元3-2與第三驅(qū)動(dòng)單元3-3的有效行程相同。

所述第一支鏈4-1包括第一從動(dòng)臂10-1和第二從動(dòng)臂10-2，第一從動(dòng)臂10-1與第二從動(dòng)臂10-2通過(guò)第一關(guān)節(jié)11-1轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一從動(dòng)臂10-1的端部與第一固定塊5-1轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二從動(dòng)臂10-2通過(guò)銷(xiāo)與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第一支鏈4-1與第二支鏈4-2結(jié)構(gòu)相同。

所述第三支鏈4-3包括第三從動(dòng)臂10-3和第四從動(dòng)臂10-4，第三從動(dòng)臂10-3和第四從動(dòng)臂10-4通過(guò)第二關(guān)節(jié)11-2轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第三從動(dòng)臂10-3的端部與第三固定塊5-3轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第四從動(dòng)臂10-4通過(guò)銷(xiāo)與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

所述第四支鏈4-4包括第五從動(dòng)臂10-5和第六從動(dòng)臂10-6，第五從動(dòng)臂10-5和第六從動(dòng)臂10-6通過(guò)第三關(guān)節(jié)11-3轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第五從動(dòng)臂10-5的端部與第四固定塊5-4轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第六從動(dòng)臂10-6通過(guò)軸12與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

所述動(dòng)平臺(tái)6的上側(cè)面始終與機(jī)座框架1的上側(cè)面保持平行，動(dòng)平臺(tái)6上設(shè)置有安裝孔，用來(lái)安裝末端執(zhí)行裝置。

本發(fā)明采用將正交布置的四條支鏈通過(guò)軌道安裝在機(jī)座框架上，由驅(qū)動(dòng)單元為四條支鏈提供動(dòng)力，四條支鏈均為兩節(jié)活動(dòng)連接結(jié)構(gòu)，故當(dāng)某一方向上的支鏈運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)受到其他支鏈運(yùn)動(dòng)的影響從而改變?cè)械倪\(yùn)動(dòng)方向，即在某個(gè)方向的平動(dòng)僅僅依賴(lài)于該方向上的驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)作，而其他方向上的驅(qū)動(dòng)單元無(wú)需做有效動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到完全解耦的目的，本機(jī)構(gòu)屬于一種完全解耦的并聯(lián)機(jī)構(gòu)；在x方向上采用兩條相同結(jié)構(gòu)的支鏈對(duì)稱(chēng)設(shè)置，以保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，具有運(yùn)動(dòng)學(xué)解耦性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2(a)為本發(fā)明第一支鏈4-1的結(jié)構(gòu)示意圖,(b)為本發(fā)明第二支鏈4-2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明第三支鏈4-3的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明第四支鏈4-4的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明軸12的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記如下：機(jī)座框架1，第一導(dǎo)軌2-1，第二導(dǎo)軌2-2，第三導(dǎo)軌2-3，第四導(dǎo)軌2-4，第一驅(qū)動(dòng)單元3-1，第二驅(qū)動(dòng)單元3-2，第三驅(qū)動(dòng)單元3-3，第四驅(qū)動(dòng)單元3-4，第一支鏈4-1，第二支鏈4-2，第三支鏈4-3，第四支鏈4-4，第一固定塊5-1，第二固定塊5-2，第三固定塊5-3，第四固定塊5-4，動(dòng)平臺(tái)6，第一龍門(mén)架7，第二龍門(mén)架8，型材9，第一從動(dòng)臂10-1，第二從動(dòng)臂10-2，第三從動(dòng)臂10-3，第四從動(dòng)臂10-4，第五從動(dòng)臂10-5，第六從動(dòng)臂10-6第一關(guān)節(jié)11-1，第二關(guān)節(jié)11-2，第三關(guān)節(jié)11-3，軸12。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，一種四自由度正交并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)座框架1，所述機(jī)座框架1底部由四條呈矩形框架式結(jié)構(gòu)布置的型材組成，機(jī)座框架1的側(cè)壁為結(jié)構(gòu)相同的第一龍門(mén)架7和第二龍門(mén)架8對(duì)稱(chēng)垂直安裝，第一龍門(mén)架7與第二龍門(mén)架8之間通過(guò)型材9連接固定，所述第一龍門(mén)架7和第二龍門(mén)架8頂梁側(cè)壁上沿其長(zhǎng)度方向分別固定安裝第一導(dǎo)軌2-1和第二導(dǎo)軌2-2。機(jī)座框架1右前立柱的側(cè)壁上沿其長(zhǎng)度方向固定安裝有第三導(dǎo)軌2-3，機(jī)座框架1后底梁上側(cè)壁沿其長(zhǎng)度方向固定安裝有第四導(dǎo)軌2-4。

第一導(dǎo)軌2-1上安裝有第一驅(qū)動(dòng)單元3-1并與其滑動(dòng)連接，第二導(dǎo)軌2-2上安裝有第二驅(qū)動(dòng)單元3-2并與其滑動(dòng)連接，第三導(dǎo)軌2-3上安裝有第三驅(qū)動(dòng)單元3-3并與其滑動(dòng)連接，第四導(dǎo)軌2-4上安裝有第四驅(qū)動(dòng)單元3-4并與其滑動(dòng)連接。所述第一驅(qū)動(dòng)單元3-1、第二驅(qū)動(dòng)單元3-2、第三驅(qū)動(dòng)單元3-3及第四驅(qū)動(dòng)單元3-4均為直線滑臺(tái)結(jié)構(gòu)，其中第二驅(qū)動(dòng)單元3-2與第三驅(qū)動(dòng)單元3-3的有效行程相同。

第一支鏈4-1的一端通過(guò)第一固定塊5-1固定安裝在第一驅(qū)動(dòng)單元3-1的滑塊上，第一支鏈4-1的另一端與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二支鏈4-2的一端通過(guò)第二固定塊5-2固定安裝在第二驅(qū)動(dòng)單元3-2的滑塊上，第二支鏈4-2的另一端與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第三支鏈4-3的一端通過(guò)第三固定塊5-3固定安裝在第三驅(qū)動(dòng)單元3-3的滑塊上，第三支鏈4-3的另一端與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接；第四支鏈4-4的一端通過(guò)第四固定塊5-4固定安裝在第四驅(qū)動(dòng)單元3-4的滑塊上，第三支鏈4-3的另一端與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

所述動(dòng)平臺(tái)6的上側(cè)面始終與機(jī)座框架1的上側(cè)面保持平行，動(dòng)平臺(tái)6上設(shè)置有安裝孔，用來(lái)安裝末端執(zhí)行裝置。

參見(jiàn)圖2，所述第一支鏈4-1、第二支鏈4-2、第三支鏈4-3及第四支鏈4-4均為兩節(jié)活動(dòng)連接結(jié)構(gòu)，且為正交布置。所述第一支鏈4-1包括第一從動(dòng)臂10-1和第二從動(dòng)臂10-2，第一從動(dòng)臂10-1與第二從動(dòng)臂10-2通過(guò)第一關(guān)節(jié)11-1轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一從動(dòng)臂10-1的端部與第一固定塊5-1轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二從動(dòng)臂10-2通過(guò)銷(xiāo)與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第一支鏈4-1與第二支鏈4-2結(jié)構(gòu)相同。

參見(jiàn)圖3，所述第三支鏈4-3包括第三從動(dòng)臂10-3和第四從動(dòng)臂10-4，第三從動(dòng)臂10-3和第四從動(dòng)臂10-4通過(guò)第二關(guān)節(jié)11-2轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第三從動(dòng)臂10-3的端部與第三固定塊5-3轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第四從動(dòng)臂10-4通過(guò)銷(xiāo)與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

參見(jiàn)圖4、圖5，所述第四支鏈4-4包括第五從動(dòng)臂10-5和第六從動(dòng)臂10-6，第五從動(dòng)臂10-5和第六從動(dòng)臂10-6通過(guò)第三關(guān)節(jié)11-3轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第五從動(dòng)臂10-5的端部與第四固定塊5-4轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第六從動(dòng)臂10-6通過(guò)軸12與動(dòng)平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

本發(fā)明的工作原理是：

首先，以x方向上的運(yùn)動(dòng)為例：當(dāng)接收到控制指令，第一驅(qū)動(dòng)單元3-1或第二驅(qū)動(dòng)單元3-2上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊，帶動(dòng)第一支鏈4-1和第二支鏈4-2沿x方向做平動(dòng)，帶動(dòng)第四支鏈4-4實(shí)現(xiàn)繞y軸的擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)6在x方向上的單向運(yùn)動(dòng)。

其次，以y方向上的運(yùn)動(dòng)為例：當(dāng)接收到控制指令，第四驅(qū)動(dòng)單元3-4的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊，帶動(dòng)第四支鏈4-4沿y方向做平動(dòng)，帶動(dòng)第三支鏈4-3實(shí)現(xiàn)繞平行于x軸線方向的擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)6在y方向上的單向運(yùn)動(dòng)。

最后，以z方向上的運(yùn)動(dòng)為例：當(dāng)接收到控制指令，第三驅(qū)動(dòng)單元3-3的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊，帶動(dòng)第三支鏈4-3沿z方向做平動(dòng)，帶動(dòng)第四支鏈4-4實(shí)現(xiàn)繞y軸線方向的擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)6在z方向上的單向運(yùn)動(dòng)。

第一支鏈4-1、第二支鏈4-2上的第一關(guān)節(jié)11-1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線均與第一導(dǎo)軌2-1和第二導(dǎo)軌2-2平行，第二關(guān)節(jié)11-2的運(yùn)動(dòng)軸線與第三導(dǎo)軌2-3平行，第三關(guān)節(jié)11-3的運(yùn)動(dòng)軸線與第四導(dǎo)軌2-4平行。

以動(dòng)平臺(tái)6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為例，當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)單元3-1和第二驅(qū)動(dòng)單元3-2收到運(yùn)動(dòng)方向互異的控制指令時(shí)，第一支鏈4-1和第二支鏈4-2做沿x方向且運(yùn)動(dòng)方向相反的平動(dòng)，此時(shí)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)6在一定范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)角范圍為0°-180°。

最后，當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)單元3-1、第二驅(qū)動(dòng)單元3-2、第三驅(qū)動(dòng)單元3-3和第四驅(qū)動(dòng)單元3-4同時(shí)接收到控制指令，各直線模組的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同時(shí)，各個(gè)支鏈的運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生組合，最終形成動(dòng)平臺(tái)6的各種不同的運(yùn)動(dòng)形式。只要確定動(dòng)平臺(tái)6在工作空間的運(yùn)動(dòng)軌跡，就可以對(duì)驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行設(shè)置和組合，最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)6按照預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)軌跡精確運(yùn)動(dòng)。