專利名稱：兩平移一轉(zhuǎn)動虛軸數(shù)控機床及并聯(lián)機器人機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機床及機器人等的執(zhí)行機構(gòu)，為并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛軸數(shù)控機床及并聯(lián)機器人等提供一個新型的兩平移一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)結(jié)構(gòu)數(shù)控機床是指以并聯(lián)機構(gòu)為執(zhí)行機構(gòu)的機床，該機床被認(rèn)為是二十世紀(jì)以來機床結(jié)構(gòu)的一次革命。目前在美國、日本等國已研制出這種機床的樣機，所采用的并聯(lián)機構(gòu)均為傳統(tǒng)的斯圖爾特(Stewart)機構(gòu)。這種控制刀具在空間的位置和姿態(tài)變化的機構(gòu)主要由基座、運動平臺和連桿組成，基座和運動平臺之間由連桿相連，連桿兩端分別為球副和萬向節(jié)。該機構(gòu)有6個連桿，但連桿的長度可調(diào)，通過控制6根連桿的長度，改變刀具在空間的位姿。但這類機構(gòu)有很多關(guān)鍵性技術(shù)沒能完全解決。如，(1)運動學(xué)正解困難；(2)運動平臺位姿是輸人的強耦合，不利于控制；(3)機構(gòu)復(fù)雜，使其工作空間較??；(4)制造高精度球副困難等。
對虛軸機床而言，許多場合需要提供自由度大于3且小于6的更簡單的并聯(lián)機構(gòu)。例如，對4軸聯(lián)動數(shù)控機床，可提供3自由度兩平移一轉(zhuǎn)動并聯(lián)平臺機構(gòu)就可用于對空間曲面(如模具、葉輪等)的加工。因此，虛擬數(shù)控機床、機器人等的發(fā)展和實用化，需要創(chuàng)造出優(yōu)于現(xiàn)有機構(gòu)的新機型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種新的三自由度兩平移一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，該機構(gòu)具有確定的兩平移一轉(zhuǎn)動運動輸出(且非期望運動輸出為常量)；剛性好、結(jié)構(gòu)較簡單；運動學(xué)正解簡單，且存在部分控制解耦性；易于精密加工等優(yōu)點。
本發(fā)明提供的三自由度兩平移一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，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。混合鏈包含由五個轉(zhuǎn)動副、二個移動副及七個桿件組成的空間單環(huán)機構(gòu)，其中，二個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副與另三個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線相垂直，而二個移動方向相同的移動副在下靜平臺上；再在空間單環(huán)機構(gòu)一輸出構(gòu)件上用一個軸線與該輸出構(gòu)件重合的轉(zhuǎn)動副連接動平臺；而簡單開鏈由二構(gòu)件、二個球鉸和一個單自由度運動副組成，二個構(gòu)件用球鉸連接后，一端與動平臺用另一球鉸連接，另一端用一個單自由度運動副和靜平臺連接；本發(fā)明提供的另一個三自由度兩平移一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，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?；旌湘湴晌鍌€轉(zhuǎn)動副、二個移動副及七個桿件組成的空間單環(huán)機構(gòu)，其中，二個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副與另三個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線相垂直，而二個移動方向相同的移動副在下靜平臺上；再在空間單環(huán)機構(gòu)一輸出構(gòu)件上用一個軸線與該輸出構(gòu)件重合的轉(zhuǎn)動副連接動平臺；而簡單開鏈由二構(gòu)件、二個球鉸和一個單自由度運動副組成，二個構(gòu)件用單自由度運動副連接后，二端分別與動平臺、靜平臺用球鉸連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點(1)機構(gòu)工作平臺具有兩平移一轉(zhuǎn)動運動輸出，且非期望運動輸出為常量；(2)機構(gòu)存在過約束回路，其剛性好、結(jié)構(gòu)較簡單；(3)運動學(xué)正解簡單，且存在部分控制解耦性；(4)當(dāng)本發(fā)明機構(gòu)由轉(zhuǎn)動副、移動副及萬向節(jié)組成時，易于精密加工，利于提高并聯(lián)機構(gòu)的運動精度。本發(fā)明為虛軸機床、機器人、微動操作手等提供了新機型，為其開發(fā)與實用化提供了可能。


附圖1為本發(fā)明的三自由度空間兩平移一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的實施例之一的結(jié)構(gòu)簡圖示意圖；附圖2為本發(fā)明的三自由度空間兩平移一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)的實施例之二的結(jié)構(gòu)簡圖示意圖；具體實施方式
下面通過附圖和實例對本發(fā)明的技術(shù)給予進一步地說明。
附圖1所示的并聯(lián)機構(gòu)可為本發(fā)明的實施例之一，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晌鍌€轉(zhuǎn)動副R2、R3、R5、R6、R7、二個移動副P1、P8及七構(gòu)件1、2、3、4、5、6、7組成的空間單環(huán)機構(gòu)，其中，二個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副R2、R3與另三個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副R5、R6、R7的轉(zhuǎn)動軸線相垂直，而二個移動方向相同的移動副P1、P8在下靜平臺1上；再在其輸出構(gòu)件4上用一個軸線與該輸出構(gòu)件重合的轉(zhuǎn)動副R4連接動平臺0；而簡單開鏈由二構(gòu)件8、9、通過球鉸S10連接后，一端與動平臺用另一球鉸S9連接，另一端用一個移動副P11和靜平臺1連接；驅(qū)動靜平臺1上三個移動副P1、P8、P11的運動，就可使動平臺實現(xiàn)構(gòu)件3、4所在運動平面的二維平移及繞轉(zhuǎn)動副R4軸線的一維轉(zhuǎn)動輸出。
附圖2所示的并聯(lián)機構(gòu)可為本發(fā)明的實施例之二，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晌鍌€轉(zhuǎn)動副R2、R3、R5、R6、R7、二個移動副P1、P8及七桿1、2、3、4、5、6、7組成的空間單環(huán)機構(gòu)，其中，二個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副R2、R3與另三個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副R5、R6、R7的轉(zhuǎn)動軸線相垂直，而二個移動方向相同的移動副P1、P8在下靜平臺1上；再在其輸出構(gòu)件4上用一個軸線與該輸出構(gòu)件重合的轉(zhuǎn)動副R4連接動平臺0；而簡單開鏈由二構(gòu)件8、9用移動動副P10連接后，二端分別與動平臺、靜平臺用球鉸S9、S11連接。三個移動副P1、P8、P10運動時，動平臺能實現(xiàn)構(gòu)件3、4所在運動平面的二維平移及繞轉(zhuǎn)動副R4軸線的一維轉(zhuǎn)動輸出。
權(quán)利要求
1.一種三自由度二維平移一維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，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由五個轉(zhuǎn)動副、二個移動副及七個桿件組成的空間單環(huán)機構(gòu)，其中，二個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副與另三個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線相垂直，而二個移動方向相同的移動副在下靜平臺上，再在空間單環(huán)機構(gòu)一輸出構(gòu)件上用一個軸線與該輸出構(gòu)件重合的轉(zhuǎn)動副連接動平臺；而簡單開鏈由二構(gòu)件、二個球鉸和一個單自由度運動副組成，二個構(gòu)件用球鉸連接后，一端與動平臺用另一球鉸連接，另一端用一個單自由度運動副和靜平臺連接。
2.一種三自由度二維平移一維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，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由五個轉(zhuǎn)動副、二個移動副及七個桿件組成的空間單環(huán)機構(gòu)，其中，二個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副與另三個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線相垂直，而二個移動方向相同的移動副在下靜平臺上，再在空間單環(huán)機構(gòu)一輸出構(gòu)件上用一個軸線與該輸出構(gòu)件重合的轉(zhuǎn)動副連接動平臺；而簡單開鏈由二構(gòu)件、二個球鉸和一個單自由度運動副組成，二個構(gòu)件用單自由度運動副連接后，二端分別與動平臺、靜平臺用球鉸連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于虛擬軸機床、機器人、坐標(biāo)測量機領(lǐng)域，涉及一種三自由度二維平移一維轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，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?；旌湘湴晌鍌€轉(zhuǎn)動副、二個移動副及七個桿件組成的空間單環(huán)機構(gòu)，其中，二個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副與另三個軸線平行的一組轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線相垂直，而二個移動方向相同的移動副在下靜平臺上，再在空間單環(huán)機構(gòu)一輸出構(gòu)件上用一個軸線與該輸出構(gòu)件重合的轉(zhuǎn)動副連接動平臺；而簡單開鏈由二構(gòu)件、二個球鉸和一個單自由度運動副組成，二個構(gòu)件用球鉸連接后，一端與動平臺用另一球鉸連接，另一端用一個單自由度運動副和靜平臺連接；該機構(gòu)具有正、逆解求解容易為解析式，且輸入－輸出控制具有解耦性、便于制造安裝等優(yōu)點。
文檔編號B23Q1/48GK1651188SQ20051003795
公開日2005年8月10日 申請日期2005年3月3日 優(yōu)先權(quán)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(xué)院