專利名稱：用于虛擬軸坐標測量機及機器人的三維平移并聯(lián)機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器人、虛擬軸雕刻機、坐標測量機、劃線機的執(zhí)行機構，具體地說是為并聯(lián)結構虛擬軸并聯(lián)坐標測量、劃線機、雕刻機與并聯(lián)機器人提供一種新型的并聯(lián)機構。
背景技術：
自從Gough以及Stewart提出并聯(lián)機構概念以來，并聯(lián)機構在機器人、虛擬軸機床、坐標測量機、仿真平臺、微操作機械手等領域獲得廣泛應用，但大多數(shù)研究工作主要集中在6自由度Stewart機構，例，一般的并聯(lián)結構數(shù)控機床是指以6自由度Stewart并聯(lián)機構為執(zhí)行機構的機床，該機床被認為是二十世紀以來機床結構的一次革命。又如，并聯(lián)結構的虛軸坐標測量機(含測量劃線機)，也是近年來科學測量儀上的一個重大進展，與傳統(tǒng)的屬于串聯(lián)結構的測量機相比，并聯(lián)結構坐標測量機具有結構剛性大、運動速度高、誤差不疊加等獨特性，可使測量精度及測量效率等性能得到很大改善。目前，已有的相對成熟的并聯(lián)式坐標測量機結構有6-SPS 6-RSS以及3-RPS等，對于6-SPS和6-RSS機構來說，由于其可動平臺相對于基平臺具有6個空間自由度，因而其末端執(zhí)行器的空間位姿比較靈活，但由于該機構的結構相對比較復雜，致使其末端執(zhí)行器的求解較困難。
由于6自由度并聯(lián)機構結構的限制，有不少關鍵技術沒能很好解決，如運動耦合性強、運動學正解復雜，工作空間較小等。在工業(yè)應用中，常要求具有2～5自由度的并聯(lián)機構，為此，不少學者研究了三維純平移輸出并聯(lián)機構，如Delta機構、Star Like機構等；基于上述情況，Tsai提出虛擬軸數(shù)控機床用兩個并聯(lián)機構下平臺為三維平移并聯(lián)機構，上平臺為三維轉動并聯(lián)機構(US Pateat，Tsai，Patent Nember5656905，1997)。其主要特點是運動學正解為8次；位置與方向解耦；與六腿Stewart機構相比，工作空間較大；完全由轉動副組成并聯(lián)機構，與球面副相比容易制造。但Tsai機構仍有以下缺點①運動學正解為8次封閉解，需建立一元8次方程并求解，這使得系統(tǒng)的控制和軌跡規(guī)劃較為復雜。
②三維平移機構本身運動輸入一輸出為強耦合，使系統(tǒng)控制甚為復雜。
③機構存在虛約束，使其制造與裝配較復雜。
④工作空間仍相對較小。
中國學者在新型三維純平移輸出并聯(lián)機構的研究與發(fā)明上也取得了一大批重要成果(專利申請?zhí)?1108297.6；01113519.0；01108297.6；01108283.6等)。
綜上所述，并聯(lián)虛軸數(shù)控機床和并聯(lián)坐標測量機、雕刻機、劃線機及并聯(lián)機器人的發(fā)展和實用化需要創(chuàng)造出優(yōu)于現(xiàn)有機構的新機型。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一類(2個)新的三維平移并聯(lián)機構，該類機構具有結構簡單、輸入一輸出具有解耦性、工作空間較大、便于制造安裝等優(yōu)點，可以極大地簡化并聯(lián)結構虛擬軸機床、并聯(lián)坐標測量機、雕刻機、劃線機和機器人系統(tǒng)的控制與軌跡規(guī)劃的復雜性，為虛軸機床、機器人、虛軸坐標測量機、雕刻機、劃線機及微動機器人的開發(fā)與實用化提供了可能。


下面通過附圖和實例對本發(fā)明的技術給予進一步地說明。
附圖1為本發(fā)明的三平移并聯(lián)機構的平面展開結構示意圖；附圖2為附圖1所示的簡單開鏈的替代結構示意圖；①、附圖1是本發(fā)明機構的平面展開結構簡圖。它由上動平臺0、下靜平臺1及連接上下平臺的一條混合鏈及一條簡單開鏈組成?；旌湘湴粋€由四個平行軸線轉動副R5、R4、R3、R2及二個在同一平面內、且與靜平臺1構成移動副P1、P6的滑塊2、3組成的六桿平面閉路結構，再在輸出構件6上用轉動副R7連接構件7，而構件7又與動平臺0用轉動副R8機械連接，但轉動副R7、R8的軸線相互平行，而與轉動副R5、R4、R3、R2的軸線垂直；簡單開鏈由三構件8、9、10通過軸線平行的二個轉動副R10、R11連接組成，其外接滑塊構件10與靜平臺1用移動副P12機械連接，另一外接構件8與動平臺0用轉動副R9機械連接，轉動副R11、R10、R9的軸線與移動副P12的移動方向相互平行。圖中移動副P1、P6的移動方向與P12的移動方向并非一定要平行或垂直，且可用軸線平行于轉動副R5、R4、R3、R2的二個轉動副代替。
②、附圖2為按附圖1所示的方位布置的簡單開鏈結構的替換簡圖，為一由四個平行軸線轉動副R1、R2、R3、R4組成的平行四邊形，其一組對邊桿5、3分別與上平臺0、滑塊構件2用轉動副R6、R5、連接，滑塊構件2又與靜平臺1用移動副P7機械連接，其移動方向與轉動副R5、R6的軸線平行，移動副P7也可用轉動副代替，但其轉動副軸線也應與轉動副R5、R6軸線平行。
具體實施例方式
附圖1所示的并聯(lián)機構可為本發(fā)明的一個實施例。它由上動平臺0、下靜平臺1及連接上下平臺的一條混合鏈及一條簡單開鏈組成?；旌湘湴粋€由四個平行軸線轉動副R5、R4、R3、R2及二個在同一平面內、且與靜平臺1構成移動副P1、P6的滑塊2、3組成的六桿平面閉路結構，再在輸出構件6上用轉動副R7連接構件7，而構件7又與動平臺0用轉動副R8機械連接，但轉動副R7、R8的軸線相互平行，而與轉動副R5、R4、R3、R2的軸線垂直；簡單開鏈由三構件8、9、10通過軸線平行的二個轉動副R10、R11連接組成，其外接滑塊構件10與靜平臺1用移動副P12機械連接，另一外接構件8與動平臺0用轉動副R9機械連接，轉動副R11、R10、R9的軸線與移動副P12的移動方向相互平行。圖中移動副P1、P6的移動方向與P12的移動方向垂直。
控制下平臺1上三個驅動滑塊的運動，就可控制動平臺0在空間的位置，實現(xiàn)X、Y、Z方向的三維純平移輸出。該種并聯(lián)機構的結構設計及驅動控制等均可按常規(guī)機電技術進行設計和安裝，該并聯(lián)機構可作為集裝運輸用的碼垛執(zhí)行機構，也可作為并聯(lián)結構的并聯(lián)坐標測量機、機器人、雕刻機的執(zhí)行機構。
權利要求
1.用于虛擬軸數(shù)控雕刻機、虛擬軸坐標測量機、劃線機及并聯(lián)機器人的三維純平移并聯(lián)機構，由上動平臺、下靜平臺及連接上下平臺的一條混合鏈及一條簡單開鏈組成；其特征是混合鏈包含一個由四個平行軸線轉動副、二個在靜平臺上的移動副構成的六桿平面閉路結構，再在中間輸出構件上用一個軸線與該輸出構件重合的轉動副連接另一個構件，該構件又與動平臺用軸線相平行的另一轉動副機械連接，這二個轉動副軸線與六桿平面閉路結構中的四個平行軸線轉動副的軸線垂直；而簡單開鏈由三構件通過軸線平行的二個轉動副連接組成，其一外接構件與靜平臺用移動副機械連接，另一構件與動平臺用轉動副機械連接，并使簡單開鏈上的三個轉動副軸線、一個移動副方向相互平行，它們又必須和混合鏈上與動平臺連接的轉動副軸線垂直。
2.按照權利要求1所述的并聯(lián)結構，其特征在于混合鏈上六桿平面閉路結構中的二個移動副可用二個轉動副代替，其軸線平行于該閉路結構中的已有的四個平行軸線轉動副的軸線。
3.按照權利要求1所述的并聯(lián)結構，其特征在于簡單開鏈可由含四個平行軸線轉動副組成的平行四邊形的結構替換，該平行四邊形的一組對邊桿分別與上平臺、滑塊構件用轉動副連接，而滑塊構件又與靜平臺用移動副機械連接，其移動方向與平行四邊形的那組對邊桿上的二轉動副的軸線平行。
4.按照權利要求3所述的并聯(lián)結構，其特征在于含平行四邊形的簡單開鏈上的那個移動副可用轉動副代替，但其轉動副的軸線應與平行四邊形的那組對邊桿上的二轉動副軸線平行。
全文摘要
一種用于虛擬軸坐標測量劃線機、雕刻機的三維平移并聯(lián)機構，由上動平臺、下靜平臺及其混合鏈腿、簡單開鏈腿組成；混合鏈腿包含一個由四個平行軸線轉動副、二個在下靜平臺上的移動副組成的六桿平面閉路結構，再在中間輸出構件上用一個軸線與該輸出構件重合的轉動副連接另一個構件，該構件又用另一軸線相平行的轉動副與動平臺連接；而簡單開鏈腿由三構件通過軸線平行的二個轉動副連接后，其一外接構件與動平臺用軸線平行的轉動副連接，另一外接構件又和靜平臺用與轉動副平行的移動副連接?？刂葡缕脚_上三個移動構件，即可獲得上平臺三維純平移輸出。該機構具有輸入—輸出具有解耦性、便于制造安裝等優(yōu)點，可作為新型并聯(lián)坐標測量機劃線機、雕刻機等的執(zhí)行機構。
文檔編號B23Q1/25GK1651187SQ20051003795
公開日2005年8月10日 申請日期2005年3月3日 優(yōu)先權日2005年3月3日
發(fā)明者沈惠平, 楊廷力 申請人:江蘇工業(yè)學院