專利名稱：一種具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人和機(jī)械制造領(lǐng)域，具體涉及一種具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來，空間并聯(lián)機(jī)器人已經(jīng)引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣。與串聯(lián)機(jī)器人相比，并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大、負(fù)荷自重比高、慣性小，位置誤差不累積等特點(diǎn)，在飛行器、汽車駕駛等運(yùn)動模擬，高精度數(shù)控加工、微傳感器等技術(shù)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。最早的空間六自由度并聯(lián)機(jī)器人是基于Stewart于1965年提出的6-SPS機(jī)構(gòu)。為了豐富和發(fā)展并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式，許多研究機(jī)構(gòu)的學(xué)者作了大量有益的工作。機(jī)器人的發(fā)展提出要使用便宜、簡單的各種少自由度并聯(lián)機(jī)器人。近年來，一些少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)成為新的研究熱點(diǎn)。由于這種機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)及其他領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前基于串并混聯(lián)、內(nèi)外副混合驅(qū)動或純并聯(lián)的少自由度機(jī)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)床正逐漸受到人們的青睞。
但現(xiàn)有的少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)以及少自由度混聯(lián)機(jī)器人存在空間奇異性，通常存在機(jī)構(gòu)重量/能承受動載荷比小、側(cè)向剛度小，動力學(xué)性能差的缺點(diǎn)；特別是現(xiàn)有的平面機(jī)構(gòu)，不能承受垂直運(yùn)動平面方向載荷(側(cè)向載荷)，而加工過程如端面銑削、車削等可避免出現(xiàn)各個方向的載荷，因此不能滿足加工過程對動剛度的要求。

發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)側(cè)向載荷承受能力差、不能滿足加工過程中的動剛度要求的不足，本發(fā)明提供一種可在一定程度是上消除并聯(lián)機(jī)構(gòu)空間奇異性、側(cè)向剛度大且可調(diào)、精度高的具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺和動平臺，所述的靜平臺平行于所述的動平臺，所述的靜平臺和動平臺通過兩組定長的主動分支和兩根可伸縮的被動約束分支連接，兩組主動分支所在平面與兩根被動約束分支所在平面垂直；所述的靜平臺上開設(shè)有溝槽，所述的溝槽內(nèi)設(shè)有帶伺服電機(jī)的絲桿，所述的絲桿上安裝有兩塊滑塊，所述主動分支的兩端分別通過鉸軸與所述的滑塊及動平臺連接；所述的被動約束分支由伸縮桿及套筒桿組成，所述的伸縮桿可滑動地套于所述的套筒桿內(nèi)，被動約束分支的兩端分別通過球鉸與所述的靜平臺及動平臺連接。
進(jìn)一步，每組主動分支由兩根定長桿組成。
進(jìn)一步，所述的主動分支及被動約束分支呈由動平臺向靜平臺散射狀。
進(jìn)一步，所述的兩組主動分支等長，所述的兩根被動約束分支也等長。
進(jìn)一步，所述的兩根被動約束采用電磁式可控阻尼桿，所述的電磁式可控阻尼桿內(nèi)安裝有用于控制其剛度的傳感器和電子控制器。
本發(fā)明在工作時在動平臺上安裝終端執(zhí)行器，通過伺服電機(jī)驅(qū)動絲桿移動，帶動主動分支移動，從而帶動動平臺實(shí)現(xiàn)二自由度運(yùn)動，動平臺姿態(tài)穩(wěn)定，且始終與靜平臺平行，兩根被動約束分支可提高結(jié)構(gòu)加工時的側(cè)向承載能力。
本發(fā)明的有益效果在于1.動平臺姿態(tài)穩(wěn)定，且始終與靜平臺平行，一定程度上消除了并聯(lián)機(jī)構(gòu)空間奇異性，可通過被動約束分支提高機(jī)構(gòu)加工時的側(cè)向承載能力，并且可以通過調(diào)節(jié)阻尼桿剛度，適應(yīng)不同加工工況時受到的不斷變化的側(cè)向載荷，提高加工精度。2.被動約束分支和主動分支的運(yùn)動之間不存在耦合關(guān)系，可分別進(jìn)行控制，運(yùn)動解耦簡單，制造成本低，剛度大、精度高、承載能力/機(jī)構(gòu)自身重量比高、工作空間大，易于與串聯(lián)分支組成混聯(lián)機(jī)床，實(shí)現(xiàn)螺旋面、橢球面等近似規(guī)則空間曲面或自由曲面的加工。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的運(yùn)動狀態(tài)示意圖。
圖3是實(shí)施例二中本發(fā)明的應(yīng)用圖。
圖4是實(shí)施例三中本發(fā)明的應(yīng)用圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例一參照圖1、2，一種具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺1和動平臺2，所述的靜平臺1平行于所述的動平臺2，所述的靜平臺1和動平臺2通過兩組定長的主動分支3和兩根可伸縮的被動約束分支連接，兩組主動分支3所在平面與兩根被動約束分支所在平面垂直，所述的主動分支3及被動約束分支呈由動平臺2向靜平臺1散射狀。兩組主動分支3等長，每組主動分支由兩根定長桿組成。所述的兩根被動約束也等長，每根被動約束分支由伸縮桿4及套筒桿5組成，且均采用電磁式可控阻尼桿，電磁式可控阻尼桿內(nèi)安裝有用于控制其剛度的傳感器和電子控制器，所述的伸縮桿4可滑動地套于所述的套筒桿5內(nèi)，被動約束分支的兩端分別通過球鉸與所述的靜平臺1及動平臺2連接。
所述的靜平臺上開設(shè)有溝槽，所述的溝槽內(nèi)設(shè)有帶伺服電機(jī)6的絲桿7，所述的絲桿7上安裝有兩塊滑塊8，所述主動分支3的兩端分別通過鉸軸與所述的滑塊8及動平臺2連接。
本發(fā)明在工作時在動平臺上安裝終端執(zhí)行器9，通過伺服電機(jī)6驅(qū)動絲桿7移動，帶動主動分支3移動，從而帶動動平臺2實(shí)現(xiàn)二自由度運(yùn)動，動平臺2姿態(tài)穩(wěn)定，且始終與靜平臺1平行，兩根被動約束分支可提高結(jié)構(gòu)加工時的側(cè)向承載能力。
實(shí)施例二參照圖3，將實(shí)施例一所述的具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于混聯(lián)機(jī)器人將實(shí)施例一所述的具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為一個模塊，置于連接機(jī)架10和轉(zhuǎn)動平臺11之上。該轉(zhuǎn)動平臺11可有多種形式，如轉(zhuǎn)動平臺沿垂直方向移動，調(diào)節(jié)二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作高度，或者轉(zhuǎn)動平臺繞自身立柱軸線轉(zhuǎn)動等。
實(shí)施例三參照圖4，將實(shí)施例一所述的具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于混聯(lián)機(jī)器人將實(shí)施例一所述的具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)固定在垂直滑臺12之上，垂直滑臺12沿水平方向移動，擴(kuò)大作業(yè)范圍，通過合理規(guī)劃垂直滑臺12移動路徑克服并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間小和姿態(tài)有限等缺點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺和動平臺，其特征在于所述的靜平臺平行于所述的動平臺，所述的靜平臺和動平臺通過兩組定長的主動分支和兩根可伸縮的被動約束分支連接，兩組主動分支所在平面與兩根被動約束分支所在平面垂直；所述的靜平臺上開設(shè)有溝槽，所述的溝槽內(nèi)設(shè)有帶伺服電機(jī)的絲桿，所述的絲桿上安裝有兩塊滑塊，所述主動分支的兩端分別通過鉸軸與所述的滑塊及動平臺連接；所述的被動約束分支由伸縮桿及套筒桿組成，所述的伸縮桿可滑動地套于所述的套筒桿內(nèi)，被動約束分支的兩端分別通過球鉸與所述的靜平臺及動平臺連接。
2.如權(quán)利要求1所述的具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于每組主動分支由兩根定長桿組成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的主動分支及被動約束分支呈由動平臺向靜平臺散射狀。
4.如權(quán)利要求3所述的具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的兩組主動分支等長，所述的兩根被動約束分支也等長。
5.如權(quán)利要求4所述的具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的兩根被動約束采用電磁式可控阻尼桿，所述的電磁式可控阻尼桿內(nèi)安裝有用于控制其剛度的傳感器和電子控制器。
全文摘要
一種具有被動約束分支的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺和動平臺，靜平臺平行于動平臺，靜平臺和動平臺通過兩組定長的主動分支和兩根可伸縮的被動約束分支連接，靜平臺上開設(shè)有溝槽，溝槽內(nèi)設(shè)有帶伺服電機(jī)的絲桿，絲桿上安裝有兩塊滑塊，主動分支的兩端分別通過鉸軸與滑塊及動平臺連接；被動約束分支由伸縮桿及套筒桿組成，伸縮桿可滑動地套于套筒桿內(nèi)，被動約束分支的兩端分別通過球鉸與靜平臺及動平臺連接。其有益效果在于1.一定程度上消除了并聯(lián)機(jī)構(gòu)空間奇異性，可通過被動約束分支提高機(jī)構(gòu)加工時的側(cè)向承載能力。2.被動約束分支和主動分支的運(yùn)動之間不存在耦合關(guān)系，可分別進(jìn)行控制，運(yùn)動解耦簡單。
文檔編號B25J9/00GK1817574SQ200510062390
公開日2006年8月16日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者王忠飛, 計時鳴, 王揚(yáng)渝, 袁巧玲, 艾青林, 張憲, 歐長勁, 朱根興, 金明生 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)