一種無(wú)奇異位形的對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無(wú)奇異位形的對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比于串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、承載能力尚、精度尚和運(yùn)動(dòng)學(xué)反解容易等 優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械制造領(lǐng)域得以廣泛的應(yīng)用。而少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)（自由度小 于6的并聯(lián)機(jī)構(gòu))具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、運(yùn)動(dòng)學(xué)求解相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，其中兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)型 的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)構(gòu)中非常重要的一類構(gòu)型。自HUNT 1983年提出3-RPS并聯(lián)機(jī) 構(gòu)以來(lái)，兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)型三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)已用于諸多的領(lǐng)域，如基于3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的Z3 主軸頭、天文望遠(yuǎn)鏡副鏡支撐機(jī)構(gòu)、調(diào)姿機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)模擬器、機(jī)械手腕、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、微操作 機(jī)器人等領(lǐng)域。然而，現(xiàn)有的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在奇異位形的問(wèn)題，使機(jī)構(gòu)軌跡規(guī)劃比較 困難。四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中具有三轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)對(duì)稱構(gòu)型的相對(duì)較少，如4-SPS/PS機(jī)構(gòu)存在 奇異位形，且具有強(qiáng)耦合的特性，使得軌跡規(guī)劃和控制較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)奇異位形的對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)對(duì) 稱、不含奇異位形、工作空間大、承載能力強(qiáng)、正逆解形式簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)副位于定平臺(tái)上，驅(qū)動(dòng) 方式簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)能夠應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)模擬器、望遠(yuǎn)鏡副鏡支撐機(jī)構(gòu)、機(jī)械手腕、坐 標(biāo)測(cè)量機(jī)、微操作機(jī)器人、機(jī)床主軸頭。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種無(wú)奇異位形的對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)平臺(tái)、作為 機(jī)架的定平臺(tái)和連接動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)的四條運(yùn)動(dòng)鏈，四條運(yùn)動(dòng)支鏈包括連接動(dòng)平臺(tái)中心位 置與定平臺(tái)中心位置的一條恰約束鏈以及三條完全相同的運(yùn)動(dòng)支鏈，三條完全相同的運(yùn)動(dòng) 支鏈包括與定平臺(tái)固定連接的液壓缸，3個(gè)液壓缸分別通過(guò)圓柱副A與活塞桿連接，3根活塞 桿分別通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副A與環(huán)形構(gòu)件連接，3個(gè)環(huán)形構(gòu)件分別通過(guò)圓柱副B與滑桿連接，每根滑桿 一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副B與動(dòng)平臺(tái)中心連接，滑桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與滾輪連接，滾輪與設(shè)置在動(dòng) 平臺(tái)上的滾道相接觸，每個(gè)所述圓柱副A的軸線和與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副A的軸線互相垂直，每 個(gè)所述轉(zhuǎn)動(dòng)副A的軸線和與之對(duì)應(yīng)的圓柱副B的軸線互相垂直，每個(gè)所述圓柱副B的軸線和 與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副B的軸線互相垂直，三條運(yùn)動(dòng)支鏈中的轉(zhuǎn)動(dòng)副B的軸線同軸。
[0005] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0006] 恰約束鏈包括與定平臺(tái)中心位置固定連接的液壓缸，液壓缸通過(guò)移動(dòng)副與活塞桿 一端連接，活塞桿另一端與虎克鉸連接，虎克鉸與動(dòng)平臺(tái)中心位置連接。
[0007] 恰約束鏈包括與定平臺(tái)中心位置通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副C連接的液壓缸，液壓缸通過(guò)移動(dòng)副 與活塞桿一端連接，活塞桿另一端與虎克鉸連接，虎克鉸與動(dòng)平臺(tái)中心位置連接。
[0008] 虎克鉸的中心點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)副B的軸線與動(dòng)平臺(tái)所在平面的交點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)副B的軸線與動(dòng) 平臺(tái)法線平行。
[0009] 相鄰兩個(gè)圓柱副A之間距離相等，移動(dòng)副位于以圓柱副A的位置為頂點(diǎn)所構(gòu)成的等 邊三角形的中點(diǎn)位置，3個(gè)圓柱副A的軸線與移動(dòng)副的軸線相平行。
[0010] 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式為電氣、氣動(dòng)、液壓中任意一種。
[0011] 本發(fā)明的有益效果為，三條運(yùn)動(dòng)支鏈上的圓柱副A作為機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)副，驅(qū)動(dòng)形式簡(jiǎn) 單，且避免了驅(qū)動(dòng)器位于運(yùn)動(dòng)支鏈其他位置引入較大慣性;此外由于機(jī)構(gòu)含有恰約束支鏈 可以通過(guò)恰約束支鏈上添加冗余驅(qū)動(dòng)的方法進(jìn)一步獲得高精度運(yùn)動(dòng)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)沿動(dòng)平臺(tái) 所在平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍不受限制，可以整周連續(xù)旋轉(zhuǎn)，適用于中低速旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合;同時(shí)機(jī)構(gòu)部 分解耦，結(jié)構(gòu)對(duì)稱。本發(fā)明的并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較簡(jiǎn)單的正逆解、無(wú)奇異位型，工作空間大，承載 能力強(qiáng)，具有良好的運(yùn)動(dòng)特性，驅(qū)動(dòng)形式簡(jiǎn)單，能夠應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)模擬器、望遠(yuǎn)鏡副鏡支撐機(jī) 構(gòu)、機(jī)械手腕、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、微操作機(jī)器人、機(jī)床主軸頭。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本發(fā)明一種無(wú)奇異位形的對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)的第一種實(shí)施例的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明一種無(wú)奇異位形的對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明一種無(wú)奇異位形的對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)中動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖4本發(fā)明一種無(wú)奇異位形的對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)的第二種實(shí)施例的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0016] 圖中，1.定平臺(tái)，2.滑桿，3.活塞桿，4.滾輪，5.動(dòng)平臺(tái)，6.環(huán)形構(gòu)件，7.液壓缸，8. 圓柱副A，9.轉(zhuǎn)動(dòng)副A，10.圓柱副B，11.轉(zhuǎn)動(dòng)副B，12.虎克鉸，13.移動(dòng)副，14.轉(zhuǎn)動(dòng)副C。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0018] 實(shí)施例1
[0019] 本發(fā)明一種無(wú)奇異位形的對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如圖1及圖2所示，包括動(dòng)平臺(tái)5、作為機(jī) 架的定平臺(tái)1和連接動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)的四條運(yùn)動(dòng)支鏈，四條運(yùn)動(dòng)支鏈包括連接動(dòng)平臺(tái)5中心 位置與定平臺(tái)1中心位置的一條恰約束鏈以及三條完全相同的運(yùn)動(dòng)支鏈，三條完全相同的 運(yùn)動(dòng)支鏈包括與定平臺(tái)1固定連接的液壓缸7，3個(gè)液壓缸7分別通過(guò)圓柱副A8與活塞桿3連 接，3根活塞桿3分別通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副A9與環(huán)形構(gòu)件6連接，如圖3所示，3個(gè)環(huán)形構(gòu)件6分別通過(guò)圓 柱副BlO與滑桿2連接，每根滑桿2-端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副Bll與動(dòng)平臺(tái)5中心位置連接，滑桿2另一 端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與滾輪4連接，滾輪4與設(shè)置在動(dòng)平臺(tái)5上的滾道相接觸，每個(gè)圓柱副A8的軸線 和與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副A9的軸線互相垂直，每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副A9的軸線和與之對(duì)應(yīng)的圓柱副BlO的 軸線互相垂直，每個(gè)圓柱副BlO的軸線和與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副Bll的軸線互相垂直，恰約束鏈 包括與定平臺(tái)1中心位置固定連接的液壓缸7,液壓缸7通過(guò)移動(dòng)副13與活塞桿3-端連接， 活塞桿3另一端與虎克鉸12連接，虎克鉸12與動(dòng)平臺(tái)5中心位置連接，三條運(yùn)動(dòng)支鏈中的轉(zhuǎn) 動(dòng)副BI 1的軸線同軸，轉(zhuǎn)動(dòng)副BI 1的軸線與動(dòng)平臺(tái)5所在平面的交點(diǎn)為虎克鉸12的中心點(diǎn)，轉(zhuǎn) 動(dòng)副Bll的軸線與動(dòng)平臺(tái)5法線平行，相鄰兩個(gè)圓柱副A之間距離均相等，移動(dòng)副13位于以圓 柱副A8的位置為頂點(diǎn)所構(gòu)成的等邊三角形的中點(diǎn)位置，圓柱副A8的軸線與移動(dòng)副13的軸線 相平行，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式為電氣、氣動(dòng)、液壓中任意一種。
[0020] 本發(fā)明一種無(wú)奇異位形的少自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)的第一種實(shí)施例，提供了一種兩 轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)的三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解為：
[0030] 以上各式中ZhZhZ3分別為三條驅(qū)動(dòng)支鏈上作為驅(qū)動(dòng)的圓柱副A的桿長(zhǎng);z為動(dòng)平 臺(tái)坐標(biāo)原點(diǎn)在定平臺(tái)坐標(biāo)下z軸的位置，α、β、γ為動(dòng)平臺(tái)XYZ型歐拉角表示的動(dòng)平臺(tái)位姿 (即動(dòng)平臺(tái)先繞動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)系的X軸旋