專利名稱：用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的二轉(zhuǎn)動(dòng)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)器人的二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并聯(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)CNlO 1036986A報(bào)道了由動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(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)和靜平臺(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 CSME, 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)、靜平臺(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)器人的二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并聯(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 二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連接在靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間的第一運(yùn)動(dòng) 支鏈和第二運(yùn)動(dòng)支鏈；其特點(diǎn)是所述的第一運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的萬(wàn)向鉸鏈、移動(dòng)副和第一轉(zhuǎn)動(dòng)副；萬(wàn)向鉸鏈 還與靜平臺(tái)相連，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副還通過(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二轉(zhuǎn)動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副；第二轉(zhuǎn)動(dòng)副還與 靜平臺(tái)相連，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副還與動(dòng)平臺(tái)相連；上述萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線匯交 于一點(diǎn)，該點(diǎn)位于動(dòng)平臺(tái)的平面上。
所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與萬(wàn)向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行，移動(dòng)副的軸線與萬(wàn)向鉸 鏈的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直并與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直。所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直并與萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸 的軸線重合，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行。本發(fā)明用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并聯(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、具有解耦的兩個(gè)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(kāi)發(fā)成本。


圖1是本發(fā)明用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并聯(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(jiàn)圖1，本發(fā)明一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平 臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)3以及連接在靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間的第一運(yùn)動(dòng)支鏈加和第二運(yùn)動(dòng)支鏈2b。第一運(yùn)動(dòng)支鏈加包括順序相連的萬(wàn)向鉸鏈21、移動(dòng)副23和第一轉(zhuǎn)動(dòng)副M ；萬(wàn)向 鉸鏈21還與靜平臺(tái)1相連，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副M還通過(guò)連接桿22與動(dòng)平臺(tái)3相連；在第一運(yùn)動(dòng) 支鏈加中，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副M的軸線與萬(wàn)向鉸鏈21的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸212平行，移動(dòng)副23的軸線 與萬(wàn)向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸212垂直并與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副M的軸線垂直。第二運(yùn)動(dòng)支鏈2b包括順序相連的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副25和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副沈；第二轉(zhuǎn)動(dòng)副25 還與靜平臺(tái)1相連，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副26還與動(dòng)平臺(tái)3相連；在第二運(yùn)動(dòng)支鏈2b中，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副 25的軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副沈的軸線垂直并與萬(wàn)向鉸鏈21的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸211的軸線重合，第 三轉(zhuǎn)動(dòng)副26的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副M的軸線平行。上述萬(wàn)向鉸鏈21的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸211的軸線、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副25的軸線和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副 26的軸線匯交于一點(diǎn)，該點(diǎn)位于動(dòng)平臺(tái)3的平面上。本發(fā)明的工作原理可結(jié)合

如下當(dāng)?shù)谝贿\(yùn)動(dòng)支鏈加內(nèi)的移動(dòng)副23伸縮時(shí)，帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)3繞第三轉(zhuǎn)動(dòng)副沈轉(zhuǎn)動(dòng)； 而第二運(yùn)動(dòng)支鏈2b具有繞第三轉(zhuǎn)動(dòng)副沈的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因此，在移動(dòng)副23驅(qū)動(dòng)下，動(dòng)平臺(tái) 3繞第三轉(zhuǎn)動(dòng)副沈轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)诙\(yùn)動(dòng)支鏈內(nèi)的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副25轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)3繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)副25轉(zhuǎn)動(dòng)； 而第一運(yùn)動(dòng)支鏈加中的萬(wàn)向鉸鏈21的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸211的軸線與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副25的軸線重 合，因此，在第二轉(zhuǎn)動(dòng)副25驅(qū)動(dòng)下，動(dòng)平臺(tái)3繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)副25轉(zhuǎn)動(dòng)。由于第二轉(zhuǎn)動(dòng)副25的軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副沈的軸線匯交并垂直，因此機(jī)構(gòu)具有二個(gè)解耦的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
權(quán)利要求
1.一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連 接在靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間的第一運(yùn)動(dòng)支鏈和第二運(yùn)動(dòng)支鏈；其特征在于所述的第一運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的萬(wàn)向鉸鏈、移動(dòng)副和第一轉(zhuǎn)動(dòng)副；萬(wàn)向鉸鏈還與 靜平臺(tái)相連，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副還通過(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二轉(zhuǎn)動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副；第二轉(zhuǎn)動(dòng)副還與靜平 臺(tái)相連，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副還與動(dòng)平臺(tái)相連；上述萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線匯交于一 點(diǎn)，該點(diǎn)位于動(dòng)平臺(tái)的平面上。
2.如權(quán)利要求1所述的用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在 于所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與萬(wàn)向鉸鏈的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行，移動(dòng)副的軸線與萬(wàn)向鉸鏈的 第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直并與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直。
3.如權(quán)利要求1所述的用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在 于所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直并與萬(wàn)向鉸鏈的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線 重合，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于虛軸機(jī)床和機(jī)器人的二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連接在靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間的第一運(yùn)動(dòng)支鏈和第二運(yùn)動(dòng)支鏈。其中的第一運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的萬(wàn)向鉸鏈、移動(dòng)副和第一轉(zhuǎn)動(dòng)副；萬(wàn)向鉸鏈還與靜平臺(tái)相連，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副還通過(guò)連接桿與動(dòng)平臺(tái)相連；第二運(yùn)動(dòng)支鏈包括順序相連的第二轉(zhuǎn)動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副；第二轉(zhuǎn)動(dòng)副還與靜平臺(tái)相連，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副還與動(dòng)平臺(tái)相連。本發(fā)明具有解耦的兩個(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)B25J9/08GK102069392SQ20111003782
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者劉燕, 宋芳, 張帆 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)