專利名稱：用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人，尤其涉及一種用于并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛軸數(shù)控機(jī)床和并聯(lián) 機(jī)器人的用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于重載模擬設(shè)備、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、傳感器及微操作領(lǐng)域。然 而，并聯(lián)機(jī)構(gòu)各驅(qū)動(dòng)單元之間是耦合的，即并聯(lián)機(jī)構(gòu)整體輸出平臺(tái)(動(dòng)平臺(tái))沿任一方向的 運(yùn)動(dòng)都是所有驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)合成，并且各驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)與并聯(lián)機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)(即輸入 與輸出)之間是非線性的。這一特性導(dǎo)致并聯(lián)機(jī)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(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)解耦，以簡(jiǎn)化控制和標(biāo)定，提高運(yùn)動(dòng)精度，一直是一個(gè)困難而富 有挑戰(zhàn)性的課題。運(yùn)動(dòng)解耦并聯(lián)機(jī)器人是指輸出運(yùn)動(dòng)的任一自由度都僅依賴單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，其他驅(qū) 動(dòng)單元的動(dòng)作不對(duì)此自由度產(chǎn)生影響。具有完全解耦的并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系簡(jiǎn)單、標(biāo)定簡(jiǎn)便、 控制精度高、剛度大，在虛軸機(jī)床和機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101036986A報(bào)道了由動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)及連接它們的四條閉環(huán) 運(yùn)動(dòng)支鏈組成的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，每條閉環(huán)支鏈含有一組對(duì)稱結(jié)構(gòu)的六桿球形機(jī) 構(gòu)，動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)與每條支鏈用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。文獻(xiàn)[XianwenKong，Clement Μ. Gosselin Type synthesis of input-output decoupled paralIe!manipulators, Transactions of the C SME, Vol. 28，Special Edition, 2004]中報(bào)道了具有兩移動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的并聯(lián)機(jī) 構(gòu)，由動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)和串并聯(lián)混搭的運(yùn)動(dòng)支鏈組成。文獻(xiàn)[李惠良，金瓊，楊廷力，一類 一平移兩轉(zhuǎn)動(dòng)解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)及其位移分析，機(jī)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(dòng)一移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但輸出自由度不完全由單個(gè)驅(qū)動(dòng)器 控制，仍屬于部分解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了提供一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，以 克服現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制不便、運(yùn)動(dòng)精度低的缺陷。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的 三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)以及連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的第一運(yùn)動(dòng)支鏈，第二運(yùn)動(dòng) 支鏈和第三運(yùn)動(dòng)支鏈組成；所述的第一運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的第一萬(wàn)向鉸鏈、第一移動(dòng)副和第二萬(wàn)向鉸 鏈；所述的第一萬(wàn)向鉸鏈的另一端通過(guò)連接桿與機(jī)架相連，所述的第二萬(wàn)向鉸鏈的另一端 通過(guò)連接桿與動(dòng)平臺(tái)相連；所述的第二運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的第三萬(wàn)向鉸鏈、第二移動(dòng)副和第四萬(wàn)向鉸 鏈；所述的第三萬(wàn)向鉸鏈的另一端通過(guò)連接桿與機(jī)架相連，所述的第四萬(wàn)向鉸鏈的另一端 通過(guò)連接桿與動(dòng)平臺(tái)相連；
所述的第三運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副和第五萬(wàn)向鉸鏈；所述的轉(zhuǎn)動(dòng)副的另 一端通過(guò)連接桿與機(jī)架相連，所述的第五萬(wàn)向鉸鏈的另一端通過(guò)連接桿與動(dòng)平臺(tái)相連。所述的第一萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與y軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸與ζ軸平行；所述的第 二萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與ζ軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與X軸平行；所述的第一移動(dòng)副處于 xoy平面內(nèi)；所述的第三萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與χ軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸與y軸平行；所述 的第四萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與y軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸與ζ軸平行；所述的第二移動(dòng)副處于 XOZ平面內(nèi)；所述的轉(zhuǎn)動(dòng)副與χ軸平行；所述的第五萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與ζ軸平行，第 二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與y軸平行。所述的第一萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第五萬(wàn)向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸在同一條軸線 上并與y軸平行；所述的第二萬(wàn)向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第三萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸在同一 條軸線上并與χ軸平行；所述的第四萬(wàn)向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第五萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸 在同一條軸線上并與ζ軸平行。本發(fā)明用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于采用了以上技術(shù)方案，使其 與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)1、具有解耦的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，轉(zhuǎn)動(dòng)自由度僅依賴運(yùn)動(dòng)支鏈的運(yùn)動(dòng)副的線性控 制，實(shí)現(xiàn)原理非常簡(jiǎn)單，具有非常好的線性關(guān)系。2、僅含少量運(yùn)動(dòng)副，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，運(yùn)動(dòng)響應(yīng)快。3、運(yùn)動(dòng)解耦，基本單個(gè)輸出自由度僅需要控制單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，標(biāo)定容易，控制簡(jiǎn) 單，從而降低了開發(fā)成本。


圖1是本發(fā)明用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。附圖所示為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例， 本發(fā)明的技術(shù)方案不限于本實(shí)施例。參見圖1，本發(fā)明用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由機(jī)架1、動(dòng)平臺(tái)2以 及連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的第一運(yùn)動(dòng)支鏈3，第二運(yùn)動(dòng)支鏈4和第三運(yùn)動(dòng)支鏈5組成。第一運(yùn)動(dòng)支鏈3包括順序相連的第一萬(wàn)向鉸鏈31、第一移動(dòng)副32和第二萬(wàn)向鉸鏈 33 ；第一萬(wàn)向鉸鏈31的另一端通過(guò)連接桿34與機(jī)架1相連，第二萬(wàn)向鉸鏈33的另一端通 過(guò)連接桿35與動(dòng)平臺(tái)2相連。連接桿35與第二萬(wàn)向鉸鏈33的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸332同一條軸 線上并與χ軸平行。第二運(yùn)動(dòng)支鏈4包括順序相連的第三萬(wàn)向鉸鏈41、第二移動(dòng)副42和第四萬(wàn)向鉸鏈 43，第三萬(wàn)向鉸鏈41的另一端通過(guò)連接桿44與機(jī)架1相連，第四萬(wàn)向鉸鏈43的另一端通 過(guò)連接桿45與動(dòng)平臺(tái)2相連。連接桿45與第四萬(wàn)向鉸鏈43的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸432同一條軸 線上并與ζ軸平行。第三運(yùn)動(dòng)支鏈5包括順序相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副51和第五萬(wàn)向鉸鏈52，轉(zhuǎn)動(dòng)副51的另一 端通過(guò)連接桿53與機(jī)架1相連，第五萬(wàn)向鉸鏈52的另一端通過(guò)連接桿(圖中未示出)與 動(dòng)平臺(tái)2相連。上述連接桿與第五萬(wàn)向鉸鏈52的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸522同一條軸線上并與y軸平行。第一萬(wàn)向鉸鏈31的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸311與y軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸312與ζ軸平行；第 二萬(wàn)向鉸鏈33的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸331與ζ軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸332與χ軸平行；第一移動(dòng)副32 處于xoy平面內(nèi)。第三萬(wàn)向鉸鏈41的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸411與χ軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸412與y軸 平行；第四萬(wàn)向鉸鏈43的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸431與y軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸432與ζ軸平行；第二移 動(dòng)副42處于X0z平面內(nèi)。轉(zhuǎn)動(dòng)副51與χ軸平行；第五萬(wàn)向鉸鏈52的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸521與ζ 軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸522線與y軸平行。第一萬(wàn)向鉸鏈31的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸311與第五萬(wàn)向鉸鏈52的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸522在同一 條軸線上并與y軸平行；第二萬(wàn)向鉸鏈33的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸332與第三萬(wàn)向鉸鏈41的第一轉(zhuǎn) 動(dòng)軸411在同一條軸線上并與χ軸平行；第四萬(wàn)向鉸鏈43的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸432與第五萬(wàn)向鉸 鏈52的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸521在同一條軸線上并與ζ軸平行。本發(fā)明用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作原理如下當(dāng)?shù)谝灰苿?dòng)副 32沿軸線伸長(zhǎng)或縮短時(shí)，由于第二運(yùn)動(dòng)支鏈4和第三運(yùn)動(dòng)支鏈5分別具有繞ζ軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn) 動(dòng)自由度，因此第一移動(dòng)副32伸長(zhǎng)或縮短時(shí)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)2繞ζ軸轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，當(dāng)?shù)诙苿?dòng) 副42沿軸線伸長(zhǎng)或縮短時(shí)，由于第一運(yùn)動(dòng)支鏈3和第三運(yùn)動(dòng)支鏈5分別具有繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的 轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因此第二運(yùn)動(dòng)支鏈4驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)2繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)副51沿軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)， 由于第一運(yùn)動(dòng)支鏈3和第二運(yùn)動(dòng)支鏈4分別具有繞χ軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因此第三運(yùn)動(dòng) 支鏈5驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)2繞χ軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
權(quán)利要求
一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)以及連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的第一運(yùn)動(dòng)支鏈，第二運(yùn)動(dòng)支鏈和第三運(yùn)動(dòng)支鏈組成；其特征在于所述的第一運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的第一萬(wàn)向鉸鏈、第一移動(dòng)副和第二萬(wàn)向鉸鏈；所述的第一萬(wàn)向鉸鏈的另一端通過(guò)連接桿與機(jī)架相連，所述的第二萬(wàn)向鉸鏈的另一端通過(guò)連接桿與動(dòng)平臺(tái)相連；所述的第二運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的第三萬(wàn)向鉸鏈、第二移動(dòng)副和第四萬(wàn)向鉸鏈；所述的第三萬(wàn)向鉸鏈的另一端通過(guò)連接桿與機(jī)架相連，所述的第四萬(wàn)向鉸鏈的另一端通過(guò)連接桿與動(dòng)平臺(tái)相連；所述的第三運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副和第五萬(wàn)向鉸鏈；所述的轉(zhuǎn)動(dòng)副的另一端通過(guò)連接桿與機(jī)架相連，所述的第五萬(wàn)向鉸鏈的另一端通過(guò)連接桿與動(dòng)平臺(tái)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 的第一萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與y軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸與ζ軸平行；所述的第二萬(wàn)向鉸鏈的 第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與ζ軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與χ軸平行；所述的第一移動(dòng)副處于xoy平面內(nèi)；所 述的第三萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與χ軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸與y軸平行；所述的第四萬(wàn)向鉸鏈 的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與y軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸與ζ軸平行；所述的第二移動(dòng)副處于χοζ平面內(nèi)；所 述的轉(zhuǎn)動(dòng)副與X軸平行；所述的第五萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與Z軸平行，第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與y 軸平行。
3.如權(quán)利要求1所述的用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 的第一萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第五萬(wàn)向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸在同一條軸線上并與y軸平 行；所述的第二萬(wàn)向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第三萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸在同一條軸線上并與 χ軸平行；所述的第四萬(wàn)向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第五萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸在同一條軸線 上并與ζ軸平行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的三轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它由機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)以及連接在機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)之間的第一運(yùn)動(dòng)支鏈，第二運(yùn)動(dòng)支鏈和第三運(yùn)動(dòng)支鏈組成。其中的第一運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的第一萬(wàn)向鉸鏈、第一移動(dòng)副和第二萬(wàn)向鉸鏈，第二運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的第三萬(wàn)向鉸鏈、第二移動(dòng)副和第四萬(wàn)向鉸鏈，第三運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副和第五萬(wàn)向鉸鏈。本發(fā)明具有解耦的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，轉(zhuǎn)動(dòng)自由度僅依賴運(yùn)動(dòng)支鏈的運(yùn)動(dòng)副的線性控制，實(shí)現(xiàn)原理非常簡(jiǎn)單，具有非常好的線性關(guān)系。
文檔編號(hào)B25J9/08GK101954593SQ20101027473
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者劉燕, 宋芳, 張帆, 徐新成, 朱建軍, 胡義剛 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)