專利名稱：一種含平面5桿閉鏈的混合驅(qū)動6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種混合驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一個集多領(lǐng)域新技術(shù)于一體的運(yùn)動控制機(jī)構(gòu)，由于其 具有剛度重量比大、精度髙、成本低和模塊化等特點，因而其應(yīng)用幾 乎涉及現(xiàn)代尖端技術(shù)的各個領(lǐng)域。如機(jī)器人、數(shù)控加工中心、運(yùn)載工 具模擬器、六維徼調(diào)機(jī)構(gòu)、空間位姿測量機(jī)、六維力矩測量器等。
六自由度的Stewart型平臺是一種典型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它是由動平 臺、固定平臺和將這兩個平臺各個頂點通過球鉸對應(yīng)連接的六條由液 壓缸構(gòu)成的可伸縮的"腿"組成。當(dāng)驅(qū)動六條"腿"使其長度發(fā)生改 變時，就可以使動平臺完成六個自由度的運(yùn)動。目前雖然應(yīng)用的較多， 但存在著運(yùn)動分析困難、液壓系統(tǒng)復(fù)雜及控制難等問題。
近年來，在機(jī)構(gòu)的支鏈結(jié)構(gòu)中引入了閉環(huán)結(jié)構(gòu)，或者以閉環(huán)結(jié)構(gòu) 為基礎(chǔ)進(jìn)行并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計，已成為并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型綜合設(shè)計的有效手 段和研究方向。而目前在驅(qū)動綜合方面選用混合驅(qū)動亦成為了一個重 要的研究方向。混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)是指多自由度閉鏈機(jī)構(gòu)的某些輸入運(yùn)動 由計算機(jī)實時控制的伺服電機(jī)驅(qū)動，而另外一些輸入運(yùn)動由常速電機(jī) 驅(qū)動，這種混合形式的輸入運(yùn)動經(jīng)一個多自由度機(jī)構(gòu)合成為所霈要的 輸出運(yùn)動，能實現(xiàn)高精度運(yùn)動輸出，完成復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。
據(jù)檢索，與支鏈結(jié)構(gòu)中含閉環(huán)機(jī)構(gòu)相關(guān)的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)專利 有三個。中國發(fā)明專利，申請?zhí)?00510131357.4 "雙環(huán)三支鏈縮放
式并聯(lián)機(jī)構(gòu)"，它包括下平臺、上平臺和連接與上下平臺之間的三條 支鏈，每一條支鏈由9個桿組成，構(gòu)成三個雙環(huán)機(jī)構(gòu)，每個雙環(huán)機(jī)構(gòu) 底部安裝兩個驅(qū)動電機(jī)。中國發(fā)明專利，申請?zhí)?00310106458.7"用
于虛擬軸數(shù)控機(jī)床與并聯(lián)機(jī)器人的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)"，它由動平臺、 靜平臺及一條混合鏈腿與四條相同的簡單開鏈腿組成?；旌湘溚扔梢?平面閉路結(jié)構(gòu)及一開鏈結(jié)構(gòu)組成，簡單開鏈腿由二個構(gòu)件通過一球副 連接組成。控制靜平臺上六個驅(qū)動關(guān)節(jié)的運(yùn)動，就可以控制動平臺實
現(xiàn)三維平移及三維轉(zhuǎn)動輸出。中國發(fā)明專利，申請?zhí)?00310106013. 9 "用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人等的一類(三維平移及三維轉(zhuǎn)動)并聯(lián)機(jī) 構(gòu)"，它由動平臺、靜平臺和結(jié)構(gòu)相同的三條支路組成。每一條支路 均由兩個移動副和三個球面副組成的5桿回路再串聯(lián)一個球面副組 成，諸支路兩端構(gòu)件分別固聯(lián)在動、靜平臺上。這三個發(fā)明專利均未 涉及用兩種特性不同的電機(jī)構(gòu)成混合驅(qū)動，并且它們的支鏈結(jié)構(gòu)較復(fù) 雜。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含 平面5桿閉鏈的混合驅(qū)動6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該混含平面5桿閉鏈的 混合驅(qū)動6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)能實現(xiàn)可編程的柔性輸出。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的
它包括運(yùn)動平臺(l)、固定平臺(2)、和連接于固定平臺與運(yùn)動平 臺之間的支鏈(3、 4、 5)，每一條支鏈均分別由一個平面5桿閉鏈 (^5,C,Z),五,、4￡2C2Z)2￡2、 ^5^Z)^)組成，這三個平面5桿閉鏈分別通 過球鉸u,、 ^、為)與運(yùn)動平臺(l)相連，分別通過轉(zhuǎn)動副(//,、 a、 A)與固定平臺(2)相連；每個平面5桿閉鏈下端分別設(shè)有回轉(zhuǎn)副
(5,、 C,、 ！>,、五,，A、 C2、 D2、 ￡2、 53、 C3、 D3、 ￡3)，每兩個回轉(zhuǎn)副組成一組 混合驅(qū)動副。
所述五桿閉鏈(4AC,iD,五,、452C2D2A、 4丑AA^)結(jié)構(gòu)完全相同。 每一條支鏈的平面5桿閉鏈的構(gòu)件長度滿足如下條件<formula>formula see original document page 5</formula>
所述驅(qū)動副中一個用常速電機(jī)作為主要驅(qū)動源，另一個用伺服電 機(jī)作為輔助驅(qū)動源。
所述運(yùn)動平臺(1)為三角形或圓形。 本實用新型的有益效果是
1、 運(yùn)動平臺可柔性輸出，工作空間對稱，結(jié)構(gòu)簡單。由于采用 幾個運(yùn)動鏈(包括桿件和運(yùn)動副)完全相同的結(jié)構(gòu)形式與混合驅(qū)動， 因而可實現(xiàn)運(yùn)動平臺的柔性輸出，具有對稱的工作空間；整個機(jī)構(gòu)制 造簡單、運(yùn)動分析和控制容易。
2、 系統(tǒng)功耗低，動力特性好，輸出精度高。由于伺服電機(jī)為系 統(tǒng)提供主要的動力，常速電機(jī)起運(yùn)動調(diào)節(jié)作用。而伺服電機(jī)可通過計 算機(jī)預(yù)先編程或者加實時反饋對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動進(jìn)行調(diào)節(jié)，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)誤差。系統(tǒng)具有部分柔性，既滿足了工作的要求，又可降低成本而 提高較大的動力。另外，由于混合驅(qū)動裝置的安裝位置很靠近機(jī)架， 減小了機(jī)構(gòu)的慣性，改善了機(jī)構(gòu)的動力特性。
3、 響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明可用作并聯(lián)機(jī) 床及并聯(lián)機(jī)器人，用作模擬艦船、飛行器的運(yùn)動平臺，此外還可由于 制造游戲、娛樂設(shè)備等。
圖1是本實用新型運(yùn)動平臺(l)為三角形結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實用新型運(yùn)動平臺(1)為圓形結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的應(yīng)用實施例示意圖。
具體實據(jù)方式
下面結(jié)合附國對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖l所示(運(yùn)動平臺的形狀為等邊三角形)，由運(yùn)動平臺(1)、
固定平臺(2)和結(jié)構(gòu)完全相同的三條支鏈(3、 4、 5)組成。五桿閉 鏈4丑,C,Z^, 、 ^52C 2和4￡3C3aa結(jié)構(gòu)完全相同，其中5,、 C,、 Z),、 ￡,，
52、 c2、 a、 a和a、 c3、 a、 a均為回轉(zhuǎn)副，支鏈3通過球鉸4與運(yùn)動平 臺相連，通過轉(zhuǎn)動副/f,與固定平臺相連；支鏈4通過球鉸^與運(yùn)動平 臺相連，通過轉(zhuǎn)動副a與固定平臺相連；支鏈5通過球鉸4與運(yùn)動平 臺相連，通過轉(zhuǎn)動副a與固定平臺相連；C,、 a; C2、 Z)2; C3、 /)3為 每個支鏈的兩個驅(qū)動副。
在本發(fā)明中，三條支鏈的結(jié)構(gòu)相同、安裝位置對稱，每一條支鏈 的平面5桿閉鏈的構(gòu)件長度既滿足混合驅(qū)動的要求，又滿足不出現(xiàn)奇 異位置的無條件雙曲柄構(gòu)型要求。即滿足如下條件-
每條支鏈的兩個驅(qū)動副都采用混合驅(qū)動，即兩個驅(qū)動副中一個用 常速電機(jī)作為主驅(qū)動源，另一個用伺服電機(jī)作為輔助驅(qū)動源，用于速 度調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的動作原理是通過控制混合驅(qū)動裝置的回轉(zhuǎn)，即通過控 制3個常速電機(jī)和3個伺服電機(jī)的輸入運(yùn)動，可控制每個支鏈輸出端 的位置，從而可控制運(yùn)動平臺在空間的6個位姿變化。
如圖2所示(運(yùn)動平臺的形狀為等邊圓形)，它同樣為一種三條支 鏈含平面5桿閉鏈的混合驅(qū)動6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。它由運(yùn)動平臺(1)、 固定平臺(2)和結(jié)構(gòu)完全相同的三條支鏈(3、 4、 5)組成。其三條 支鏈的結(jié)構(gòu)組成、安裝特點、驅(qū)動副配置以及工作原理均與前述附圖 l說明相同。與附圖l不同的是運(yùn)動平臺(1)的形狀為圓形。
本發(fā)明的性能特點
① 每一條支鏈的平面5桿閉鏈的構(gòu)件長度既滿足混合驅(qū)動的要 求，又滿足不出現(xiàn)奇異位置的無條件雙曲柄構(gòu)型要求。
② 一條支鏈有一組混合驅(qū)動單元，即兩個驅(qū)動副中一個用常速電 機(jī)作為主要驅(qū)動源，另一個用伺服電機(jī)作為輔助驅(qū)動源，用于速度調(diào) 節(jié)。
③ 三條支鏈的結(jié)構(gòu)相同、安裝位置對稱，
④ 每條支鏈的兩個驅(qū)動副都采用混合驅(qū)動，整個并聯(lián)平臺有三組 相同的混合驅(qū)動單元。此種混合驅(qū)動構(gòu)型不僅能實現(xiàn)可編程的輸出運(yùn) 動，并且具有較高的運(yùn)動速度、承載能力和能效。
本發(fā)明的動作原理通過混合驅(qū)動裝置的回轉(zhuǎn)，可改變每個支鏈 輸出端的位置，從而使活動平臺在空間的6個位姿發(fā)生相應(yīng)的變化。 實施例
如圖3所示，其具體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動副配置已如前述附圖1說明。在 運(yùn)動平臺(1)上安裝動力頭(6)，當(dāng)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺度參數(shù)確定后， 通過控制3個常速電機(jī)和3個伺服電機(jī)的輸入運(yùn)動，可控制每個支鏈 輸出端的位置，從而可控制運(yùn)動平臺上的動力頭(6)在空間的位姿， 從而可完成對工件的加工。
權(quán)利要求1、一種含平面5桿閉鏈的混合驅(qū)動6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它包括運(yùn)動平臺(1)、固定平臺(2)、和連接于固定平臺與運(yùn)動平臺之間的支鏈(3、4、5)，其特征是每一條支鏈均分別由一個平面5桿閉鏈(A1B1C1D1E1、A2B2C2D2E2、A3B3C3D3E3)組成，這三個平面5桿閉鏈分別通過球鉸(A1、A2、A3)與運(yùn)動平臺(1)相連，分別通過轉(zhuǎn)動副(H1、H2、H3)與固定平臺(2)相連；每個平面5桿閉鏈下端分別設(shè)有回轉(zhuǎn)副(B1、C1、D1、E1，B2、C2、D2、E2、B3、C3、D3、E3)，每兩個回轉(zhuǎn)副組成一組混合驅(qū)動副。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含平面5桿閉鏈的混合驅(qū)動6自由度 并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是所述五桿閉鏈UAC,Z),V ^2C2Z)2￡2、 453C3P3￡3) 結(jié)構(gòu)完全相同。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含平面5桿閉鏈的混合驅(qū)動6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是每一條支鏈的平面5桿閉鏈的構(gòu)件長度滿足如下條 件+ C,5, + DA < + 4《5,4 +《￡, + < C,D, + 4五, (! = 1，2，3 )4五,+￡),￡, < M
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含平面5桿閉鏈的源合驅(qū)動6自由度并聯(lián) 機(jī)構(gòu)，其特征是所述驅(qū)動副中一個用常速電機(jī)作為主要驅(qū)動源，另 一個用伺服電機(jī)作為輔助驅(qū)動源。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含平面5桿閉鏈的混合驅(qū)動6自由度并聯(lián) 機(jī)構(gòu)，其特征是所述運(yùn)動平臺(l)為三角形或圓形。
專利摘要本實用新型公開了一種含平面5桿閉鏈的混合驅(qū)動6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它包括運(yùn)動平臺(1)、固定平臺(2)、和連接于固定平臺與運(yùn)動平臺之間的支鏈(3、4、5)，每一條支鏈均分別由一個平面5桿閉鏈(A<sub>1</sub>B<sub>1</sub>C<sub>1</sub>D<sub>1</sub>E<sub>1</sub>、A<sub>2</sub>B<sub>2</sub>C<sub>2</sub>D<sub>2</sub>E<sub>2</sub>、A<sub>3</sub>B<sub>3</sub>C<sub>3</sub>D<sub>3</sub>E<sub>3</sub>)組成，這三個平面5桿閉鏈分別通過球鉸(A<sub>1</sub>、A<sub>2</sub>、A<sub>3</sub>)與運(yùn)動平臺(1)相連，分別通過轉(zhuǎn)動副(H<sub>1</sub>、H<sub>2</sub>、H<sub>3</sub>)與固定平臺(2)相連；每個平面5桿閉鏈下端分別設(shè)有回轉(zhuǎn)副(B<sub>1</sub>、C<sub>1</sub>、D<sub>1</sub>、E<sub>1</sub>，B<sub>2</sub>、C<sub>2</sub>、D<sub>2</sub>、E<sub>2</sub>、B<sub>3</sub>、C<sub>3</sub>、D<sub>3</sub>、E<sub>3</sub>)，每兩個回轉(zhuǎn)副組成一組混合驅(qū)動副。本實用新型可實現(xiàn)運(yùn)動平臺的柔性輸出，具有系統(tǒng)功耗低，動力特性好，輸出精度高，整個機(jī)構(gòu)制造簡單、運(yùn)動分析和控制容易的特點。
文檔編號B25J9/08GK201009243SQ20072003125
公開日2008年1月23日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者賀利樂 申請人:西安建筑科技大學(xué)