專利名稱：解耦的虛軸機床與機器人的二轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機床和工業(yè)機器人，尤其涉及一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛軸數(shù)控機床、并聯(lián)機器人提 供一類新型執(zhí)行機構(gòu)。
技術(shù)背景并聯(lián)機構(gòu)廣泛應(yīng)用于重載模擬設(shè)備、機器人、數(shù)控機床、傳感器及微操作領(lǐng)域。然而， 并聯(lián)機構(gòu)各驅(qū)動單元之間是耦合的，即并聯(lián)機構(gòu)整體輸出平臺沿任一方向的運動都是所有 驅(qū)動單元的運動合成，并且各驅(qū)動單元的運動與并聯(lián)機構(gòu)整體運動(即輸入與輸出)之間 是非線性的。這一特性導(dǎo)致并聯(lián)機構(gòu)控制復(fù)雜，標(biāo)定困難，且制約了精度的提高。因此， 如何實現(xiàn)并聯(lián)機構(gòu)解耦，以簡化控制和標(biāo)定，提高運動精度， 一直是一個困難而富有挑戰(zhàn) 性的課題。運動解耦并聯(lián)機器人是指輸出運動的任一個自由度都僅依賴單個驅(qū)動單元，其他驅(qū)動 單元動作不對此自由度產(chǎn)生影響。具有完全解耦的并聯(lián)機構(gòu)運動關(guān)系簡單、標(biāo)定簡便、控制精度高、剛度大，在虛軸機床和機器人應(yīng)用前景廣闊。[Hunt K H. Structu ral Kinematics of In-Parallel -Actuated Robot Arms, Journalof Mechanisms,TransmissionsandAutomationin Design, 1983， 105:705-712]報道了一種兩轉(zhuǎn)動一移動自由度并聯(lián)機構(gòu)，主要由機架、動平臺和固連 在機架和動平臺之間的三個結(jié)構(gòu)形式相同的運動支鏈組成，每個運動支鏈依次由轉(zhuǎn)動副、 移動副、球鉸鏈及它們之間的桿件組成，并且三個運動支鏈空間對稱分布。文獻[HuangZ， Wang J. Fang Y F， Analysis of Instantaneous Motions of Deficient-Rank 3-RPS Parallel Manipulators. Mechanism and Machine Theory, 2002， 37(2) :229-240.]報道了該類型并 聯(lián)機構(gòu)存在瞬時運動，其轉(zhuǎn)動自由度的軸線只存在于一單葉雙曲面上。中國專利文獻CN101036986A報道了由動平臺、固定平臺及連接它們的四條閉環(huán)運動 支鏈組成的兩轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構(gòu)，每條閉環(huán)支鏈含有一類對稱結(jié)構(gòu)的六桿球形機構(gòu)，動 平臺和固定平臺與每條支鏈用轉(zhuǎn)動副連接。文獻[Xianwen Kong, Clement M. Gosselin Type synthesis of input-output decoupled parallel manipulators, Transactions of the CSME， Vol. 28， Special Edition, 2004]中報道了具有兩移動一轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機構(gòu)，由動 平臺、固定平臺和串并聯(lián)混搭的運動支鏈組成。文獻[李惠良，金瓊，楊廷力， 一類一平移 兩轉(zhuǎn)動解耦并聯(lián)機構(gòu)及其位移分析，機械制造與研究，F(xiàn)eb 2002, (1):9-12， 14]提出一種具 有三角化解耦特性的兩轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構(gòu)，但輸出自由度不完全由單個驅(qū)動器控制，仍屬于部分解耦并聯(lián)機構(gòu)，完全解耦的三自由度球面機構(gòu)文獻發(fā)明目前尚未檢索到。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種解耦的虛軸機床與機器人的二轉(zhuǎn)動一移動并 聯(lián)機構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制不便、運動精度低的缺陷 技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種用于虛軸機床與機器人的解耦的二轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構(gòu)，由機架 (1)、動平臺(3)和連接機架(l)與動平臺(3)的三條運動支鏈(2a)、 (2b)、 (2c)組成，其特 征在于所述運動支鏈中兩條(2a)、 (2b)結(jié)構(gòu)相同，包括轉(zhuǎn)動副(21)、 (24)、移動副(22)、 (25)和球鉸鏈(23) 、 (26)和桿件，所述轉(zhuǎn)動副(21) 、 (24)固定在機架上，并且軸線延長 線相互正交，所述的移動副(22) 、 (25)與轉(zhuǎn)動副(21) 、 (24)軸線垂直，運動支鏈(2c) 包括移動副(27)、球鉸鏈(28)和桿件，所述的運動支鏈(2c)的移動副(27)豎直固定于在機 架(l)上，并且移動副(27)與機架連接點為直角頂點。所述機構(gòu)的工作原理如下當(dāng)運動支鏈(2a)的移動副(22)沿軸線伸長或縮短時，如 果其他兩個運動支鏈(2b)、 (2c)移動副(25)、 (27)不動，(2a)驅(qū)動動平臺繞平行轉(zhuǎn)動副(21) 軸線轉(zhuǎn)動。同理，當(dāng)(2b)的移動副(25)沿軸線伸長或縮短時，而運動支鏈(2a)、 (2c)移動 副(22)、 (27)不動，(2b)驅(qū)動動平臺繞平行轉(zhuǎn)動副(24)軸線轉(zhuǎn)動。。當(dāng)運動支鏈(2c)的移動副(27)沿豎直方向伸長或縮短時，并且其他兩個運動支鏈的 移動副(22)、 (27)也同時伸縮相同豎直方向的位移時，動平臺在三個運動支鏈作用下會發(fā) 生豎直方向的移動。因此，該機構(gòu)具有解耦的兩轉(zhuǎn)動和一移動并聯(lián)機構(gòu)，轉(zhuǎn)動自由度僅依賴單個運動支鏈 的主動副控制，移動自由度雖需要三個運動支鏈同時運動，但實現(xiàn)非常簡單，具有非常好 的線性關(guān)系。 有益效果1. 本發(fā)明所述的解耦二轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構(gòu)僅含少量運動副，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、 轉(zhuǎn)動慣量小，運動響應(yīng)快。2. 本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構(gòu)運動解耦，基本單個輸出自由度僅需要控制單 個驅(qū)動單元，標(biāo)定容易，控制簡單，從而降低了開發(fā)成本。


圖l 本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而 不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1本發(fā)明解耦的虛軸機床與機器人的二轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構(gòu)，如圖1所示，由機架 1、動平臺3和連接機架1與動平臺3的三條運動支鏈2a、 2b、 2c組成，其特征在于 所述運動支鏈中兩條2a、 2b結(jié)構(gòu)相同，包括轉(zhuǎn)動副21、 24、移動副22 、 25和桿件， 所述的轉(zhuǎn)動副21、 24的軸線與所述的移動22 、 25副的軸線垂直，并且運動支鏈2a 和運動支鏈2b的轉(zhuǎn)動副21 、 24的延長線相互正交，轉(zhuǎn)動副21、 24固定在機架1， 運動支鏈2c包括移動副和桿件，所述的運動支鏈2c的移動副27豎直固定在機架1上， 三個運動支鏈通過球鉸鏈23、 26、 28和動平臺3相連，三個連接點成直角三角形，所 述的運動支鏈2c的連接點為直角頂點。
權(quán)利要求
1.一種用于虛軸機床與機器人的解耦的二轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構(gòu)，由機架(1)、動平臺(3)和連接機架(1)與動平臺(3)的三條運動支鏈(2a)、(2b)、(2c)組成，其特征在于所述運動支鏈中兩條(2a)、(2b)結(jié)構(gòu)相同，包括轉(zhuǎn)動副(21)、(24)、移動副(22)、(25)和球鉸鏈(23)、(26)和桿件，所述轉(zhuǎn)動副(21)、(24)固定在機架上，并且軸線延長線相互正交，所述的移動副(22)、(25)與轉(zhuǎn)動副(22)、(25)軸線垂直，運動支鏈(2c)包括移動副(27)、球鉸鏈(28)和桿件，所述的運動支鏈(2c)的移動副(27)豎直固定于在機架(1)上，并且移動副(27)與機架連接點為直角頂點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于虛軸機床與機器人的解耦的二轉(zhuǎn)動一移動并聯(lián)機構(gòu)，由機架(1)、動平臺(3)和連接機架(1)與動平臺(3)的三條運動支鏈組成，所述運動支鏈(2a)、(2b)兩條結(jié)構(gòu)相同，包括轉(zhuǎn)動副(21)、(24)、移動副(22)、(25)、球鉸鏈(23)、(26)和桿件，所述運動支鏈(2c)包括移動副(27)、球鉸鏈(28)和桿件，并且運動支鏈(2a)、(2b)的轉(zhuǎn)動副(21)、(24)垂直分布，運動支鏈(2c)與機架連接點為直角頂點，本發(fā)明僅含少量運動副，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、轉(zhuǎn)動慣量小，運動響應(yīng)快而且基本單個輸出自由度僅需要控制單個驅(qū)動單元，標(biāo)定容易，控制簡單，不但控制運動更加精確而且大大降低了開發(fā)成本和開發(fā)周期。
文檔編號B25J9/16GK101249651SQ20081003578
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者于景剛, 吳喜如, 帆 張, 朱大虎, 李蓓智, 楊建國, 王勝利 申請人:東華大學(xué)