專(zhuān)利名稱(chēng)：機(jī)器或儀器中終端零件的支撐和可編程移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及支撐和移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置的技術(shù)領(lǐng)域，這種運(yùn)動(dòng)裝置可以可編程的方式和很高的精度操縱一個(gè)終端零件的在一個(gè)預(yù)先確定的工作區(qū)域內(nèi)的平移和/或旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。
背景技術(shù)：
在把該裝置納入到一個(gè)加工中心的情況下，終端零件例如可以是一個(gè)加工工具(主軸、激光器、射水器、電火花工具等)，或者在傳送機(jī)械、裝配機(jī)器人、包裝機(jī)、測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療儀器等情況下，它可以是一個(gè)夾持工具、一個(gè)安裝工具，一個(gè)測(cè)量傳感器、一個(gè)力反饋操縱桿的使用界面、一個(gè)天線(xiàn)、一個(gè)照相機(jī)支架等，或者是任何需要高精度和高動(dòng)態(tài)定位及移動(dòng)的裝置。
在該領(lǐng)域，存在著許多需要一個(gè)夾持器的應(yīng)用情況，夾持器的定向可以圍繞一個(gè)與底部平行的軸進(jìn)行控制。例如，通過(guò)復(fù)雜零件的加工進(jìn)行的生產(chǎn)或高外觀質(zhì)量的零件的拋光就是這種情況。
特別是對(duì)于復(fù)雜小零件的高速生產(chǎn)，需要的機(jī)器不僅能夠高速加工，而且還要能非常迅速地更換刀具，以便最大程度地減少清理切屑之間的時(shí)間。
通過(guò)它們的高動(dòng)力(活動(dòng)質(zhì)量低和剛性高)，具有平行動(dòng)力的機(jī)床可以滿(mǎn)足這兩個(gè)要求。
但是，市場(chǎng)上現(xiàn)有的機(jī)器人和平行機(jī)床的主要缺點(diǎn)在于，它們的工作體積比較小，并且角度活動(dòng)度非常有限。
歐洲專(zhuān)利EP0250470和美國(guó)專(zhuān)利US4976582中描述了一種性能非常好的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特別用于操縱一個(gè)終端零件、例如一個(gè)夾持構(gòu)件的移動(dòng)。在該結(jié)構(gòu)中，從位于一個(gè)固定支架上的致動(dòng)器出發(fā)，同時(shí)進(jìn)行底部的三個(gè)自由度的控制，同時(shí)保持活動(dòng)零件相對(duì)固定支架的平行度。由于它的高動(dòng)態(tài)和它在空間的三個(gè)移動(dòng)的活動(dòng)性，這樣的結(jié)構(gòu)特別適用于以非常高的節(jié)奏移動(dòng)輕的零件(每秒多于三次移動(dòng))。這種結(jié)構(gòu)的獨(dú)創(chuàng)性在于通過(guò)運(yùn)動(dòng)裝置阻止夾持器的各種方向的運(yùn)動(dòng)。但是，這種裝置不能滿(mǎn)足需要一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的應(yīng)用。
另一方面，國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO98/51443和WO99/32256涉及刀具的并行運(yùn)動(dòng)控制，如用于制造復(fù)雜零件、特別是渦輪葉片的機(jī)床中的銑刀。但是，如果希望保持一個(gè)良好的結(jié)構(gòu)剛度，這些文獻(xiàn)中描述的裝置只能使刀具進(jìn)行角度不大的運(yùn)動(dòng)(約為±30°)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種并行運(yùn)動(dòng)裝置，這種裝置比現(xiàn)有裝置能更好且更全面地滿(mǎn)足上面指出的需要，并且特別提供盡可能高的速度和工作精度，同時(shí)還可以對(duì)終端零件在一個(gè)體積盡可能大的工作區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)的進(jìn)行編程，并且確保在該工作體積內(nèi)的性能一致。
因此，本發(fā)明涉及一種在一臺(tái)機(jī)器或儀器中的一個(gè)終端零件的支撐和可編程移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置，該裝置包括一個(gè)限定一個(gè)基準(zhǔn)面的固定底部，該裝置包括一個(gè)帶有至少兩條剛性腿的支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)，腿的一端與導(dǎo)向構(gòu)件連接，使每個(gè)構(gòu)件沿一個(gè)自由度相對(duì)底部移動(dòng)，腿的另一個(gè)端與一個(gè)工作臺(tái)連接，工作臺(tái)本身與終端零件連接，腿與工作臺(tái)之間的連接及腿與導(dǎo)向構(gòu)件之間的連接為鉸鏈連接，所述導(dǎo)向構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)可以使所述工作臺(tái)在一個(gè)預(yù)先確定的工作區(qū)域內(nèi)隨意移動(dòng)，該裝置的特征在于，為了確保終端零件圍繞屬于工作臺(tái)的一個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)具有一個(gè)由至少兩個(gè)剛性零件和一些鉸鏈構(gòu)成的輔助結(jié)構(gòu)，輔助結(jié)構(gòu)獨(dú)立于腿支撐在底部上，且在終端零件上施加一個(gè)合力，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)期間，該合力在垂直于與工作臺(tái)連接的軸的一個(gè)平面內(nèi)的投影始終距離所述與工作臺(tái)連接的軸一個(gè)大概恒定的距離，以便使施加在終端零件上的力矩基本保持恒定。
所述輔助結(jié)構(gòu)可以包括至少一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件，沿一個(gè)自由度相對(duì)底部移動(dòng)，該裝置可以包括使工作臺(tái)在與終端零件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行的方向上移動(dòng)的裝置，這些裝置與所述輔助結(jié)構(gòu)相結(jié)合。
所述輔助結(jié)構(gòu)可以具有至少一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)連接的中間鉸鏈和至少一個(gè)剛性連接零件，剛性連接零件控制中間鉸鏈產(chǎn)生的終端零件的一個(gè)自由度，所述剛性控制零件可以鉸接在所述中間鉸鏈與所述支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)的一條腿的一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件之間，終端零件剛性連接在工作臺(tái)上；并且中間鉸鏈可以安裝在一個(gè)剛性零件上，剛性零件轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在工作臺(tái)或終端零件上。
根據(jù)一個(gè)變型，所述剛性控制零件可以鉸接在所述中間鉸鏈和所述支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)的一條腿的一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件之間，終端零件轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在工作臺(tái)上。
根據(jù)另一個(gè)變型，所述剛性控制零件鉸接在中間鉸鏈與工作臺(tái)之間，終端零件轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在工作臺(tái)上。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，至少一部分鉸鏈?zhǔn)乔蚬?jié)形鉸鏈，并且所述支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)的布置可以使終端零件在空間的三個(gè)方向上移動(dòng)，工作空間延伸到由所述導(dǎo)向構(gòu)件的移動(dòng)幅度確定的一個(gè)體積中。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，至少三個(gè)有效鉸鏈?zhǔn)寝D(zhuǎn)動(dòng)軸平行的轉(zhuǎn)動(dòng)鉸接，并且工作空間限制在包含在一個(gè)與所述基準(zhǔn)面和轉(zhuǎn)動(dòng)軸方向垂直的平面內(nèi)的一個(gè)表面上；機(jī)器和儀器可以包括一個(gè)支架，支架可以在與所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行的方向上移動(dòng)，并用于接納一個(gè)零件，終端零件作用在該零件上。


下面將參照附圖描述本發(fā)明所述裝置的各種實(shí)施例。
圖1是該裝置第一實(shí)施例的整體立體圖；圖2是第一實(shí)施例的第一個(gè)變型的整體立體圖；圖3是該裝置第二實(shí)施例的整體立體圖；圖4是第二實(shí)施例的一個(gè)變型的正視圖；圖5是第三實(shí)施例的整體立體圖；圖6是第三實(shí)施例的一個(gè)變型的正視圖；圖7是第四實(shí)施例的整體立體圖；
圖8是第四實(shí)施例的一個(gè)變型的整體立體圖；圖9是第二實(shí)施例的一個(gè)變型用于一個(gè)機(jī)床的立體圖；圖10是該裝置第一實(shí)施例的第二個(gè)變型的整體立體圖。
具體實(shí)施例方式
在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“有效鉸鏈”表示鉸鏈所連接的裝置運(yùn)行時(shí)所需要的鉸鏈，而不是那些允許內(nèi)部活動(dòng)的鉸鏈，例如一個(gè)兩端帶有兩個(gè)球節(jié)并能夠自身轉(zhuǎn)動(dòng)的桿，這種鉸鏈不提供任何的功能性。
附圖示出一些用示意圖表示的支撐和移動(dòng)裝置，這些裝置可以用于機(jī)床、儀器或機(jī)器人，或者其它類(lèi)型的工作機(jī)械、例如裝配機(jī)。在一臺(tái)零件輸送機(jī)的情況下，終端零件可以是一個(gè)鉗子、一個(gè)真空吸盤(pán)或任何其它類(lèi)型的夾持構(gòu)件。在一臺(tái)機(jī)床的情況下，該終端零件可以是一個(gè)帶有銑刀的主軸、一個(gè)打磨砂輪、一個(gè)鉆頭、一個(gè)工件夾具等，或者是一個(gè)射水裝置、激光切割裝置、電火花加工裝置、去毛刺裝置、噴砂處理裝置、噴漆裝置、拋光裝置等。機(jī)器可以配有裝在終端零件上的夾持器和加工刀具，例如安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)頭上，或者與一個(gè)主動(dòng)或被動(dòng)的工具更換器(即一個(gè)工具和/或工件支架的儲(chǔ)存器)連接。
在下面描述的實(shí)施例中，為了更好地理解附圖，終端零件用一個(gè)電機(jī)主體來(lái)表示，電機(jī)以剛性方式與一個(gè)稱(chēng)為工作臺(tái)(nacelle)的剛性零件連接，工作臺(tái)是支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)的一部分。正如下面將要看到的，人們會(huì)遇到終端零件通過(guò)一個(gè)圍繞與工作臺(tái)連接的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置安裝在工作臺(tái)上的情況。
在每種情況中，所描述的裝置包括一個(gè)在多數(shù)情況下保持固定的基準(zhǔn)底部1。該底部1一般由一個(gè)或多個(gè)與機(jī)器底座連接的平面表面構(gòu)成，當(dāng)然這些底部表面也可以是彎曲的。但是，為了描述的一致性，這些表面限定一個(gè)直角坐標(biāo)參考系是很重要的，從中確定工作空間的X、Y、Z軸。該直角坐標(biāo)參考系的X和Y軸定義為在裝置底部的平面內(nèi)，并且Y軸方向與工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行。
圖1、2示意性示出的裝置是簡(jiǎn)化的裝置，在這些裝置中，結(jié)構(gòu)零件的數(shù)量減少了。終端零件可以達(dá)到的工作空間不象例如其它尺寸相同的圖3的裝置可以達(dá)到得那么大，但是結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化使活動(dòng)零件的重量降低，從而開(kāi)辟了特殊應(yīng)用的可能性，例如精度為首要重要的應(yīng)用。
在圖1所示裝置的平面底部表面1設(shè)有一個(gè)具有一個(gè)平移自由度的直線(xiàn)棱柱形導(dǎo)軌2，導(dǎo)軌2限定一個(gè)方向，該方向按照慣例稱(chēng)為X方向。兩個(gè)機(jī)動(dòng)滑塊3和4安裝在導(dǎo)軌2上，操縱這些滑塊的運(yùn)動(dòng)就可以使它們互相獨(dú)立地在X方向移動(dòng)。每個(gè)滑塊3、4的兩端、也就是在一條與X基本垂直的直線(xiàn)上分別有兩個(gè)球節(jié)5和6，用于一對(duì)剛性支撐桿7和8在滑塊上的支撐和鉸接，每對(duì)支撐桿的上端帶有兩對(duì)球節(jié)9和10，球節(jié)9、10把一個(gè)工作臺(tái)11鉸接在成對(duì)桿7、8形成的兩條腿上。每對(duì)桿7、8的兩個(gè)桿最好是平行的。工作臺(tái)11在此用一個(gè)直角平行六面體表示，它的矩形下表面的四個(gè)角的每個(gè)角上帶有一個(gè)球節(jié)9、10。球節(jié)9、10也可以位于工作臺(tái)11的平行六面體體積內(nèi)的任何位置，但條件是一對(duì)球節(jié)的兩個(gè)球節(jié)位于與工作臺(tái)11的旋轉(zhuǎn)軸平行的一條直線(xiàn)上。一個(gè)終端零件21(主動(dòng)或被動(dòng)構(gòu)件)的主體剛性固定在工作臺(tái)11上，終端零件例如是一個(gè)帶有一個(gè)銑刀或其它旋轉(zhuǎn)刀具的主軸，它的旋轉(zhuǎn)軸可以朝向相對(duì)工作臺(tái)的任何方向。
該裝置另外包括一個(gè)輔助結(jié)構(gòu)，控制工作臺(tái)、因此也控制終端零件21的兩個(gè)剩余自由度。該結(jié)構(gòu)一方面包括一個(gè)用于操縱工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)桿14，另一方面包括一個(gè)用于控制工作臺(tái)在Y方向的自由度的側(cè)桿18。
轉(zhuǎn)動(dòng)桿14的一端通過(guò)一個(gè)球節(jié)13與一個(gè)機(jī)動(dòng)滑塊12連接，機(jī)動(dòng)滑塊12可以在棱柱導(dǎo)軌2上移動(dòng)，不受腿7、8的控制滑塊3、4的支配。桿14的另一端通過(guò)一個(gè)球節(jié)15連接在一個(gè)與工作臺(tái)11連成一體并且相對(duì)工作臺(tái)11側(cè)向突出的零件20的端部上。該布置可以在整個(gè)工作區(qū)域內(nèi)保持一個(gè)非常接近作用在終端零件上的力的方向與球節(jié)10和15通過(guò)的直線(xiàn)之間的法線(xiàn)的角度。在下面的描述中，用“角度剛性追蹤”來(lái)表示轉(zhuǎn)動(dòng)控制的特性，使得可以達(dá)到在角度行程和剛性方面明顯高于迄今為止提出的裝置的性能。
例如，為了確保使工作臺(tái)11在一個(gè)120°的角度移動(dòng)上保持恒定方向的力矩，圖3所示的第二實(shí)施例可以借助本發(fā)明所述裝置的“角度剛性追蹤”的特性，得到作用在轉(zhuǎn)動(dòng)板29上并且與軸30垂直的合力的分量的一個(gè)變化，對(duì)于該裝置的合理尺寸，該變化僅為它的最小值的15％。
本申請(qǐng)中描述的其它實(shí)施例可以獲得同樣數(shù)量級(jí)的結(jié)果。
由于通過(guò)球節(jié)進(jìn)行連接，并且盡管球節(jié)13位于滑塊12的一個(gè)角上，滑塊12本身位于相對(duì)導(dǎo)軌2的對(duì)稱(chēng)位置上，描述的設(shè)置不控制裝置在Y方向的自由度。該控制通過(guò)側(cè)桿18得到，側(cè)桿18的一端通過(guò)一個(gè)球節(jié)17鉸接在一個(gè)機(jī)動(dòng)滑塊16上，機(jī)動(dòng)滑塊16可以以一個(gè)與也在底部1的平面上的導(dǎo)軌2平行的平移自由度在直線(xiàn)導(dǎo)軌23上移動(dòng)。桿18的另一端通過(guò)一個(gè)球節(jié)19鉸接在零件20上。需要明確的是，球節(jié)19不是必須安裝在零件20上，它也可以安裝在工作臺(tái)11上或終端零件21上。
這種設(shè)置足以完全控制終端零件21在整個(gè)工作空間內(nèi)的定位。
可以明白，滑塊可以設(shè)計(jì)成為由一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)的滑車(chē)，電機(jī)的傳動(dòng)構(gòu)件嚙合在一個(gè)固定齒條中，或者由一個(gè)滾珠螺桿、一個(gè)鏈條牽引系統(tǒng)或一個(gè)線(xiàn)性電機(jī)或其它裝置所帶動(dòng)。球節(jié)5、6、9、10、13、15、17、19確保把一個(gè)桿鉸接在支撐它的部分上，或者鉸接在它圍繞任何一個(gè)軸帶有的部分上，其幅度取決于它的結(jié)構(gòu)。這些球節(jié)可以是萬(wàn)向節(jié)的類(lèi)型。
圖1的裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)和控制終端零件在一個(gè)預(yù)先確定的工作空間XYZ的任何一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，而且還使終端零件的軸具有圍繞與Y方向平行的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的預(yù)先確定的定向。在沒(méi)有輔助結(jié)構(gòu)12-20的情況下，工作臺(tái)11和終端零件21的整體由腿7、8支撐，并且對(duì)于滑塊3、4的每個(gè)位置，工作臺(tái)11和終端零件21的整體只剩下兩個(gè)自由度一個(gè)由平行四邊形7、8的變形產(chǎn)生的在平面YZ中的圓弧移動(dòng)，和一個(gè)繞與Y方向平行的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，該軸相當(dāng)于腿7的軸形成的平面與腿8的軸形成平面的交線(xiàn)。然而，這兩個(gè)自由度完全受滑塊12和16在棱柱導(dǎo)軌2和23上的相對(duì)位置的控制。這些棱柱導(dǎo)軌的位置和轉(zhuǎn)動(dòng)桿14以及側(cè)桿18的長(zhǎng)度完全決定了終端零件21可以達(dá)到的工作空間。
在圖1的例子中，導(dǎo)軌2和23是平行的導(dǎo)軌，當(dāng)然它們也可以位于空間的任何方向，或者是彎曲的。同樣，滑塊3、4、12可以在不同的導(dǎo)軌上移動(dòng)。另外，可以用有一個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)杠桿代替直線(xiàn)棱柱導(dǎo)軌因此，例如可以用兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與Y平行的杠桿代替滑塊3、4。滑塊12和16可以由轉(zhuǎn)動(dòng)軸以任意方式定位的杠桿所取代。杠桿可以是機(jī)動(dòng)或不機(jī)動(dòng)的。上面的說(shuō)明也適用于下面將要描述的其它圖10作為例子示出圖1所示第一實(shí)施例的第二個(gè)變型，其中滑塊3和4由杠桿3’和4’取代，滑塊12和16由杠桿12’和16’取代。
圖2示出第一實(shí)施例的輔助結(jié)構(gòu)的一個(gè)簡(jiǎn)化變型。在該變型中，轉(zhuǎn)動(dòng)桿14’和側(cè)桿18’的機(jī)動(dòng)滑塊12’和16’安裝在兩個(gè)有一個(gè)自由度并與導(dǎo)軌2平行的直線(xiàn)棱柱導(dǎo)軌22和23’上，即在X方向，但是處于高位，在Z方向距離底部1一定距離。導(dǎo)軌22和23’位于裝置的垂直對(duì)稱(chēng)平面XZ的兩側(cè)。由于導(dǎo)軌22和23’的設(shè)置，不需要零件20的存在來(lái)得到足夠的角度剛性追蹤，并且球節(jié)15’和19’可以直接安裝在工作臺(tái)11上，最好安裝在它的上表面的一端或另一端。需要指出的是，在該變型中，桿14’和18’兩者同時(shí)參與轉(zhuǎn)動(dòng)控制和Y方向自由度的控制。
圖3用和圖1一樣的示意圖示出本發(fā)明所述裝置的第二個(gè)實(shí)施例?？梢栽谠搱D上看到很大一部分已經(jīng)描述過(guò)的零件，因此它們用相同的數(shù)字標(biāo)號(hào)來(lái)表示。圖中還可看到兩個(gè)平行的并且沿X方向的棱柱導(dǎo)軌2和23和兩個(gè)與第一實(shí)施例中具有相同數(shù)字標(biāo)號(hào)的零件起相同作用的滑塊3、4，即通過(guò)球節(jié)5和6支撐兩對(duì)支撐桿7和8，每對(duì)支撐桿帶有兩個(gè)和圖1中一樣與工作臺(tái)11連接的球節(jié)9、10，工作臺(tái)11與終端零件21連成一體。工作臺(tái)的支撐“腿”的設(shè)置與第一實(shí)施例相同，而控制終端零件21的其它兩個(gè)自由度的輔助結(jié)構(gòu)不同。
和圖1的情況一樣，輔助結(jié)構(gòu)包括安裝在滑塊12和16上的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)桿14和一個(gè)側(cè)桿18，兩個(gè)滑塊12和16分別在棱柱導(dǎo)軌2和一個(gè)棱柱導(dǎo)軌23上以和已經(jīng)參照?qǐng)D1描述的方式相同的方式移動(dòng)。相反，為了確保工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制，圖3的裝置包括三個(gè)剛性構(gòu)件一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)板29、操縱桿14和一個(gè)控制桿27。轉(zhuǎn)動(dòng)板29通過(guò)一個(gè)與Y方向平行的軸30連接在工作臺(tái)11上。轉(zhuǎn)動(dòng)板29用一個(gè)梯形零件表示，它的前棱帶有兩個(gè)用于連接桿14和18的球節(jié)15和19和第三個(gè)球節(jié)28，該球節(jié)連接在控制桿27上?？刂茥U27的另一端通過(guò)一個(gè)球節(jié)26安裝在滑塊3的一部分25上。球節(jié)26在滑塊3上的位置不是確定的。球節(jié)26也可以更向前或更向后，以及更高或更低。同樣，球節(jié)28和15的中心可以位于轉(zhuǎn)動(dòng)板29的體積中的任何位置，但是不能位于軸30上。
如果滑塊3、4、12、16都分別固定在它們各自的棱柱導(dǎo)軌上，則終端零件是固定的，因此一切移動(dòng)、即圍繞一個(gè)與軸30平行的軸的移動(dòng)或在工作空間內(nèi)的平移可以通過(guò)作用電機(jī)進(jìn)行控制，電機(jī)帶動(dòng)所述滑塊。
圖4示出本發(fā)明所述裝置的第二實(shí)施例的一個(gè)沒(méi)有側(cè)向運(yùn)動(dòng)的變型。圖中可看到和前面實(shí)施例一樣的有兩個(gè)安裝在兩個(gè)滑塊上的腿的支撐結(jié)構(gòu)、和帶有一個(gè)中間連接的同樣的轉(zhuǎn)動(dòng)輔助結(jié)構(gòu)。由于沒(méi)有滑塊16和側(cè)桿18，在Y方向的移動(dòng)通過(guò)該裝置和終端零件作用在其上的物體保持裝置之間的相對(duì)移動(dòng)得到。還可以涉及一個(gè)左手裝置和右手裝置。
底部1在此只帶有一個(gè)棱柱導(dǎo)軌2，三個(gè)滑塊3、4、12安裝在導(dǎo)軌2上。為了避免工作臺(tái)的無(wú)控制側(cè)向運(yùn)動(dòng)，其中一對(duì)支撐桿7或8中的兩個(gè)桿應(yīng)該剛性連接，這相當(dāng)于用一個(gè)簡(jiǎn)單零件代替至少一條腿的支撐桿對(duì)，至少在一條腿上，球節(jié)由軸與軸30平行的樞軸所代替。也可以考慮其它有兩個(gè)樞軸的設(shè)置。
確保與終端零件21連接的工作臺(tái)11繞鉸鏈9和10轉(zhuǎn)動(dòng)的輔助結(jié)構(gòu)包括軸30和轉(zhuǎn)動(dòng)板29，連接轉(zhuǎn)動(dòng)板29以及控制桿27和轉(zhuǎn)動(dòng)控制桿14的中間連接28和15安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)板29的上邊緣上，轉(zhuǎn)動(dòng)操縱桿14靠在滑塊12的鉸鏈13上。鉸鏈9和10可以結(jié)合，使它們的軸重合。鉸鏈15和28也是一樣。
圖4的虛線(xiàn)示出輔助結(jié)構(gòu)通過(guò)滑塊12在兩個(gè)極端位置12a和12b之間的簡(jiǎn)單移動(dòng)可以給工作臺(tái)11帶來(lái)的角度移動(dòng)的幅度。控制桿27的對(duì)應(yīng)位置為27a和2b。
圖5示出的第三實(shí)施例與圖3實(shí)施例的區(qū)別一方面是轉(zhuǎn)動(dòng)板29’的位置，對(duì)于滑塊12的一個(gè)在同一方向的移動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)板29’使工作臺(tái)產(chǎn)生一個(gè)與圖3裝置的工作臺(tái)相反的運(yùn)動(dòng)。在某些情況下，這種設(shè)置可以得到特別有利的運(yùn)行條件。
終端零件21在此也與工作臺(tái)11剛性連接，并且除轉(zhuǎn)動(dòng)板29’在工作臺(tái)上的(簡(jiǎn)單)鉸鏈30以外的所有鉸鏈均為球節(jié)類(lèi)型，鉸鏈30的方向?yàn)閅方向。
底板1在此也帶有兩個(gè)平行的棱柱導(dǎo)軌2和23。兩個(gè)滑塊3和4安裝在棱柱導(dǎo)軌2上，它們與圖3的滑塊3、4起著完全相同的作用。它們分別通過(guò)球節(jié)5、6帶有成對(duì)的支撐桿7和8，支撐桿7和8形成兩個(gè)平行四邊形，并構(gòu)成工作臺(tái)11的兩個(gè)支撐腿。和圖3的情況一樣，球節(jié)在轉(zhuǎn)動(dòng)板29’上的位置不是確定的，唯一的條件是它不在軸30上。圖中還有一個(gè)帶有兩個(gè)剛性零件和一個(gè)中間鉸鏈的輔助結(jié)構(gòu)。但是整體的布置使工作臺(tái)11的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)在與圖3所示裝置的工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的相反方向進(jìn)行。在這種情況下，滑塊12安裝在導(dǎo)軌2上，使其在滑塊3、4之間移動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)板29’、轉(zhuǎn)動(dòng)桿14、側(cè)桿18以及控制桿27的位置經(jīng)過(guò)選擇，使轉(zhuǎn)動(dòng)板能夠在支撐桿7之間轉(zhuǎn)動(dòng)。
一個(gè)沒(méi)有圖5裝置的側(cè)向運(yùn)動(dòng)的變型示于圖6。該裝置實(shí)際上可以看作是與圖4所示裝置相反的裝置，與圖4所示的三個(gè)自由度的裝置的唯一區(qū)別在于鉸鏈30在工作臺(tái)上相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈9和10的定位。
需要指出的是，在圖3-6所示的所有例子中，球節(jié)15也可以固定在桿27上，條件是它不能與球節(jié)26重合；或者固定在桿18上，條件是不能與球節(jié)17重合；或者球節(jié)28可以固定在桿14上，條件是不能與球節(jié)13重合；或者在桿27上，條件是不能與球節(jié)26重合。
同樣，球節(jié)19可以固定在桿14上，條件是它不能與球節(jié)13重合；或者固定在桿27上，條件是不能與球節(jié)26重合。
最后，球節(jié)9可以固定在桿8上，條件是它不能與球節(jié)6重合，或者球節(jié)10可以安裝在桿7上，條件是不能與球節(jié)5重合。
在上面描述的所有例子中，終端零件都與工作臺(tái)剛性連接在一起，而圖7、8示出本發(fā)明所述裝置的第四實(shí)施例的兩個(gè)例子，其中終端零件21的運(yùn)動(dòng)不是與用50表示的工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)剛性連接在一起。在這兩個(gè)例子中，工作臺(tái)的支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)是專(zhuān)利EP0250470和US4976582中描述的一種結(jié)構(gòu)，即工作臺(tái)底部的三個(gè)自由度從三個(gè)機(jī)動(dòng)滑塊40、41、42并行進(jìn)行的結(jié)構(gòu)，三個(gè)滑塊40、41、42沿三個(gè)平行的棱柱導(dǎo)軌43、44、45移動(dòng)，并且每個(gè)滑塊帶動(dòng)一個(gè)支撐工作臺(tái)50的腿46、47、48，以保持工作臺(tái)相對(duì)底部1的平行度。所述結(jié)構(gòu)的三條腿中的每一個(gè)由一對(duì)支撐桿46、47、48構(gòu)成，支撐桿46、47、48通過(guò)一些球節(jié)鉸接在帶有這些支撐桿的滑塊和工作臺(tái)的一側(cè)上。因此有一個(gè)具有三個(gè)可變形的平行四邊形的結(jié)構(gòu)，三個(gè)可變形的平行四邊形保持工作臺(tái)與底部平行，并且可以操縱工作臺(tái)在設(shè)置的整個(gè)工作空間中移動(dòng)。終端零件21在此鉸鏈安裝在工作臺(tái)上，使其可以繞一個(gè)與工作臺(tái)連接的軸51轉(zhuǎn)動(dòng)。
可以操縱終端零件21繞軸51有控制地轉(zhuǎn)動(dòng)的輔助結(jié)構(gòu)包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)板29”，轉(zhuǎn)動(dòng)板29”的一端圍繞軸30轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在終端零件21上，并且與一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)桿14”和一個(gè)控制桿27”配合。轉(zhuǎn)動(dòng)桿14”的一端鉸鏈安裝在一個(gè)可以沿一個(gè)棱柱導(dǎo)軌43移動(dòng)的機(jī)動(dòng)滑塊12”上，另一端鉸接在轉(zhuǎn)動(dòng)板29”上?？刂茥U27”的一端26”鉸鏈安裝在滑塊40上，另一端鉸鏈安裝在板50的一個(gè)不與軸30’重合的地方。在一個(gè)變型中，鉸鏈26”也可以安裝在工作臺(tái)50上的一個(gè)不與軸51重合的地方。
圖7、8所示兩個(gè)變型的區(qū)別在于轉(zhuǎn)動(dòng)板29”的設(shè)置，對(duì)于滑塊12”在同一方向的移動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)板29”使終端零件21產(chǎn)生相反的轉(zhuǎn)動(dòng)。
和所述其它實(shí)施例的情況一樣，可以用一些轉(zhuǎn)動(dòng)杠桿代替滑塊40、41、42，在這里這些杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)軸應(yīng)該分別與安裝在腿46、47、48底部的球節(jié)的中心通過(guò)的軸平行?；瑝K12”可以由繞一個(gè)某個(gè)位置的軸轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿所取代。
需要指出的是，在圖7、8所示的例子中，球節(jié)15”也可以固定在桿27”上，條件是它不與球節(jié)26”重合，或者球節(jié)28”可以固定在桿14”上，條件是它不與球節(jié)13”重合。
還要描述的是圖9，該圖示出把本發(fā)明所述的裝置用于一臺(tái)機(jī)床的例子。用于示出該應(yīng)用的實(shí)施例與圖3的實(shí)施例類(lèi)似，不同之處是相當(dāng)于圖2裝置的滑塊12和16的滑塊60和61在與X方向平行的不同棱柱導(dǎo)軌中被引導(dǎo)。滑塊48和49相當(dāng)于圖3裝置的滑塊3和4。
底部1是一個(gè)傾斜板，例如在工作臺(tái)89以上傾斜45°，工作臺(tái)89設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)90，例如轉(zhuǎn)動(dòng)軸是垂直的。轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)用于接納一個(gè)零件，與工作臺(tái)91連接的終端零件92的刀具可以在零件上進(jìn)行各種加工作業(yè)。也可以考慮終端零件92配有一個(gè)驅(qū)動(dòng)或不被驅(qū)動(dòng)的零件夾具，以及用一個(gè)或多個(gè)動(dòng)力刀具或被動(dòng)刀具或兩者的結(jié)合來(lái)代替轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，因此通過(guò)在刀具前移動(dòng)零件來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。
總之，可在每個(gè)簡(jiǎn)單的桿、如14、18、27上附加一個(gè)與其平行并以相同方式工作的第二個(gè)桿。這種方式可以提高裝置的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性。如此產(chǎn)生的過(guò)度引導(dǎo)(hyperguidage)的負(fù)面影響可以在很大程度上通過(guò)已知的方法來(lái)消除，如實(shí)施高精度或引入一個(gè)平衡杠桿。
權(quán)利要求
1.一臺(tái)機(jī)器或儀器中的一個(gè)終端零件(21)的支撐及可編程移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置，它包括一個(gè)限定一個(gè)基準(zhǔn)面的固定底部(1)，該裝置包括一個(gè)帶有至少兩條剛性腿(7，8；46，47，48)的支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)，腿的一端與導(dǎo)向構(gòu)件(3，4；40，41，42)連接，以使每個(gè)構(gòu)件沿一個(gè)自由度相對(duì)底部移動(dòng)，腿的另一端與一個(gè)工作臺(tái)(11；50)連接，工作臺(tái)本身與所述終端零件連接，腿與工作臺(tái)之間的連接以及腿與導(dǎo)向構(gòu)件之間的連接均為鉸鏈連接，所述導(dǎo)向構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)可以使所述工作臺(tái)在一個(gè)預(yù)先確定的工作空間內(nèi)隨意移動(dòng)；其特征在于，為了確保終端零件圍繞屬于工作臺(tái)的一個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)具有一個(gè)由至少兩個(gè)剛性零件(14，18，20；14’，18’；14，18，27，29；14，27，29；14，18，27，29’；14，27，29’；14”，27”，29”)和鉸鏈形成的輔助結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于腿支撐在底部上，且在終端零件上施加一個(gè)合力，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)期間，該合力在垂直于與工作臺(tái)連接的軸的一個(gè)平面內(nèi)的投影始終距離所述與工作臺(tái)連接的軸一個(gè)大概恒定的距離，以便使施加在終端零件上的力矩基本保持恒定。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述輔助結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件，沿一個(gè)自由度相對(duì)底部移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，它包括使工作臺(tái)在與終端零件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行的方向上移動(dòng)的裝置，這些裝置與所述輔助結(jié)構(gòu)相結(jié)合。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的裝置，其特征在于，所述輔助結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)中間鉸鏈(28)和至少一個(gè)剛性連接零件(27)，剛性連接零件(27)控制中間鉸鏈(28)產(chǎn)生的終端零件的一個(gè)自由度。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述剛性控制零件(27)鉸接在所述中間鉸鏈(28)和所述支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)的一條腿(7)的一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件(3)之間，終端零件剛性地連接在工作臺(tái)上。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，中間鉸鏈(28)安裝在一個(gè)剛性零件(29)上，剛性零件(29)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在工作臺(tái)(11)或終端零件(21)上。
7.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述剛性控制零件(27”)鉸接在所述中間鉸鏈(28”)和所述支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)的一條腿(46)的一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件(40)之間，終端零件轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在與工作臺(tái)(50)上。
8.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述剛性控制零件(27”)鉸接在中間鉸鏈(28”)與工作臺(tái)(50)之間，終端零件轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在工作臺(tái)(50)上。
9.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，輔助結(jié)構(gòu)的中間鉸鏈?zhǔn)且粋€(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，至少一部分鉸鏈?zhǔn)乔蚬?jié)形鉸鏈，并且所述支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)的布置可以使終端零件在空間的三個(gè)方向上移動(dòng)，工作空間延伸到由所述導(dǎo)向構(gòu)件的移動(dòng)幅度確定的一個(gè)體積內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，至少三個(gè)有效鉸鏈?zhǔn)寝D(zhuǎn)動(dòng)軸平行的轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈，并且工作空間限制在包含在一個(gè)與所述基準(zhǔn)面和轉(zhuǎn)動(dòng)軸方向垂直的平面內(nèi)的一個(gè)表面上。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，機(jī)器或儀器包括一個(gè)能夠在與所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行的方向上移動(dòng)的支架，用于接納一個(gè)零件，終端零件作用在該零件上。
13.如上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，終端零件進(jìn)入的工作空間的體積是預(yù)先確定的，支撐和移動(dòng)結(jié)構(gòu)的組件的尺寸、位置和布置通過(guò)根據(jù)該體積的計(jì)算而確定。
14.如上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件被平移引導(dǎo)。
15.如上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件被轉(zhuǎn)動(dòng)引導(dǎo)。
16.如上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)導(dǎo)向構(gòu)件是一個(gè)電機(jī)控制的構(gòu)件。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述鉸鏈為樞軸鉸鏈、球節(jié)鉸鏈或萬(wàn)向節(jié)鉸鏈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置，其中支撐終端零件(21)的工作臺(tái)(11)通過(guò)四個(gè)鉸鏈(9)和(10)與兩條腿連接，每條腿由兩個(gè)構(gòu)成可變形平行四邊形的支撐桿(7)或(8)構(gòu)成，每個(gè)支撐桿安裝在沿X方向活動(dòng)的滑塊(3，4)上。圍繞鉸鏈(30)鉸接在工作臺(tái)(11)上的轉(zhuǎn)動(dòng)板(29)由控制桿(27)、轉(zhuǎn)動(dòng)控制桿(14)和側(cè)桿(18)控制，它們分別通過(guò)鉸鏈(26，13，17)連接在滑塊(3，12，16)上。該裝置構(gòu)成一個(gè)有四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)裝置，即三個(gè)平移和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度可以大于120°。
文檔編號(hào)B23Q1/52GK1498149SQ02806830
公開(kāi)日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2002年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者馬庫(kù)斯·圖爾奈森, 雷蒙德·克拉韋爾, 克拉韋爾, 馬庫(kù)斯 圖爾奈森 申請(qǐng)人:維勒曼機(jī)械股份有限公司