專利名稱：用于虛軸機床和機器人等的一類兩平移兩轉動并聯(lián)機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機床、機器人等的執(zhí)行機構，具體的說，是為并聯(lián)結構虛軸數(shù)控機床、并聯(lián)機器人提供一類新型并聯(lián)機構。
并聯(lián)結構數(shù)控機床是指以并聯(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。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)機構均為傳統(tǒng)的斯圖爾特(Stewart)機構。這種控制刀具在空間的位置和姿態(tài)變化的機構主要由基座、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)。該機構有6個連桿，但連桿的長度可調，通過控制6根連桿的長度，改變刀具在空間的位姿。但這類機構有很多關鍵性技術沒能完全解決。如，(1)運動學正解困難；(2)運動平臺位姿是輸入的強耦合，不利于控制；(3)機構復雜，使其工作空間較?。?4)制造高精度球副困難等。
對虛軸數(shù)控機床而言，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。例如，一般切削過程只需要控制五個軸的進給運動，外加主軸的轉動即可加工其工作空間內的任意自由曲面。因此，若用4自由度的并聯(lián)平臺機構，給主軸提供4自由度的進給運動，又由裝夾工件的工作臺實現(xiàn)一個方向的移動，可方便地實現(xiàn)結構簡單、易于控制的五軸聯(lián)動數(shù)控機床。
總之，虛軸數(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)有機構的新機型。
本發(fā)明目的是提供一類(8種)4自由度(兩平移兩轉動)并聯(lián)機構。該機構具有結構簡單、工作空間較大、便于制造、安裝等優(yōu)點。特別是運動學正解較為簡單，可簡化并聯(lián)結構虛軸機床和機器人系統(tǒng)的控制與軌跡規(guī)劃的復雜性。為虛軸機床、機器人、微動操作手等提供新機型，為其開發(fā)與實用化提供可能。
附

圖1是本發(fā)明機構簡圖。它由動平臺(1)、靜平臺(2)和結構不全相同的4條支路組成。第一條支路由三個構件(3、4、5)串聯(lián)三個相互平行的轉動副(R6)和垂直于轉動副(R6)的一個轉動副(R7)組成。其余三條支路結構相同，是由四個構件(8、9、10、11)串聯(lián)三個相互平行的轉動副(R12)和垂直于轉動副(R12)的兩個相互平行的轉動副(R13)組成。諸支路兩端構件分別固聯(lián)在動、靜平臺上，但位于同一平臺的分屬四條支路的4個轉動副軸線皆呈相互平行配置。
附圖1中，結構相同的三條支路之一、或之二、或全部，皆用由兩個球副(S14)和一個轉動副(R15)串聯(lián)而成的支路替代，如附圖2(a)所示。亦可用由兩個球副(S16)和一個移動副(P17)串聯(lián)而成的支路替代，如附圖2(b)所示。
附圖1各支路中，相互垂直的兩個轉動副可用萬向節(jié)替代。
附圖1中，各支路與靜平臺聯(lián)接的轉動副可用移動副(P18)替代，但移動副應垂直于被替代的轉動副軸線，如附圖3所示。
本發(fā)明為一類4自由度(兩平移兩轉動)新型并聯(lián)機構。該機構具有以下特點(1)機構工作平臺具有兩平移兩轉動運動輸出，且非期望運動輸出為常量；(2)機構存在過約束回路，故剛性好、結構較簡單；(3)運動學正解比Stewart機構簡單；(4)當本發(fā)明機構由轉動副、移動副及萬向節(jié)組成時，易于精密加工，利于提高并聯(lián)機構的運動精度。
總之，本發(fā)明為虛軸數(shù)控機床、機器人、微動操作手等，提供了具有上述特點的新機型，利于新型機床、機器人、微動操作手的開發(fā)與實用化。
權利要求
1.一種可用于虛軸數(shù)控機床、機器人等的4自由度(兩平移兩轉動)并聯(lián)機構，其組成包括動、靜平臺及聯(lián)接在動、靜平臺之間的四條支路一條支路由三個相互平行的轉動副和垂直于它們的一個轉動副串聯(lián)而成；另三條支路結構相同，皆由三個相互平行的轉動副和垂直于它們且相互平行的兩個轉動副串聯(lián)而成。支路在兩平臺之間的配置方式是靜平臺上分屬四條支路的4個轉動副呈相互平行配置，動平臺上分屬四條支路的4個轉動副亦呈相互平行配置。
2.按照權利1要求所述并聯(lián)機構，結構相同的三條支路之一(或之二，或全部)皆可用由兩個球副和一個轉動副串聯(lián)而成的支路替代。也可用由兩個球副和一個移動副串聯(lián)而成的支路替代。
3.按照權利1或2要求所述并聯(lián)機構，支路中相互垂直的兩個轉動副可以用萬向節(jié)替代。
4.按照權利1要求所述并聯(lián)機構，靜平臺上轉動副可用移動副替代，但移動副應垂直于被替代轉動副軸線。
全文摘要
提供一類(8種)4自由度(兩平移兩轉動)并聯(lián)機構。其中一種由動平臺、靜平臺和四條支路組成。一條支路由三個相互平行的轉動副和垂直于它們的一個轉動副串聯(lián)而成；另三條支路結構相同，皆由三個相互平行的轉動副和垂直于它們，且相互平行的兩個轉動副串聯(lián)而成。4條支路在兩平臺之間的配置方式是動平臺上分屬四條支路的4個轉動副呈相互平行配置，靜平臺上分屬四條支路的4個轉動副亦呈相互平行配置。驅動靜平臺上四個轉動副，即可控制動平臺的兩平移兩轉動輸出。該機構具有非期望輸出為常量、運動學正解容易、結構較簡單、剛性好、便于制造等優(yōu)點。為虛軸機床、機器人等提供新機型，為其開發(fā)與實用化提供了可能。
文檔編號B23Q7/14GK1463823SQ02137858
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月28日 優(yōu)先權日2002年6月28日
發(fā)明者楊廷力 申請人:楊廷力