專利名稱：可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
根據(jù)專利US6431802(或WO0025976、EP1123175、CA2349579、DE19850708、ES2198991T、DE59905578D、AT240184T)可知，現(xiàn)有的空間兩轉(zhuǎn)動一平動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架、動平臺及三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈，每條支鏈包括驅(qū)動裝置、直線導(dǎo)軌、拖板、鉸鏈和連接桿五部分。這種并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)在空間呈軸對稱布置，末端執(zhí)行器與動平臺固定連接，連接桿一端通過具有三個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈與動平臺連接，另一端通過具有一個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈與拖板連接，拖板與直線導(dǎo)軌通過移動副連接，直線導(dǎo)軌方向平行于對稱軸，驅(qū)動裝置和直線導(dǎo)軌固定設(shè)置在固定架上，拖板采用伺服電機(jī)滾珠絲杠螺母副或其它直線驅(qū)動裝置驅(qū)動。在采用這種結(jié)構(gòu)形式的并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，每個拖板可獨(dú)立地在伺服電機(jī)滾珠絲杠螺母副的驅(qū)動下沿直線導(dǎo)軌移動，從而使動平臺相對于固定架產(chǎn)生沿對稱軸軸線的一個移動和繞垂直于該軸線的兩個正交軸線的轉(zhuǎn)動。
由于上述機(jī)構(gòu)中三條支鏈在空間呈軸對稱布置，支鏈與固定架之間的機(jī)械連接面為互成角度的斜面，其存在的不足是對固定架制造精度及直線導(dǎo)軌與固定架的配合精度要求較高，加工工藝性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題，就是克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有良好的制造與裝配工藝性的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架、設(shè)置有電主軸的動平臺、以及結(jié)構(gòu)相同且關(guān)于由兩正交軸線A與軸線Z形成的平面呈空間面對稱設(shè)置的第一支鏈、第二支鏈及第三支鏈，所述第一、第二、第三支鏈的構(gòu)成包括分別固定設(shè)置在所述固定架上的第一、第二、第三連接板，分別固定設(shè)置在所述第一、第二、第三連接板一端的第一、第二、第三驅(qū)動裝置以及分別固定設(shè)置在所述第一、第二、第三連接板上的第一、第二、第三直線導(dǎo)軌，所述的第一、第二、第三直線導(dǎo)軌分別與第一、第二、第三拖板構(gòu)成移動副，所述第一、第二、第三拖板分別通過具有一個回轉(zhuǎn)自由度的第一、第二、第三鉸鏈連接第一、第二、第三連桿的一端，所述第一、第二連桿的另一端分別通過具有兩個回轉(zhuǎn)自由度的第四、第五鉸鏈連接所述的動平臺，所述第三連桿的另一端通過具有三個回轉(zhuǎn)自由度的第六鉸鏈連接所述的動平臺；所述第一、第二鉸鏈的軸線分別平行于由所述兩正交軸線A及軸線Z構(gòu)成的平面且同時與所述第三鉸鏈的軸線垂直；所述第一、第二、第三直線導(dǎo)軌的所在直線相互平行且平行于軸線Z，所述第一、第二、第三鉸鏈的軸線分別與所述第一、第二、第三直線導(dǎo)軌的所在直線相互垂直。
所述的第一、第二、第三鉸鏈可以采用銷軸與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副或其它形式的等價結(jié)構(gòu)；所述的第四、第五鉸鏈可以采用十字軸與軸承構(gòu)成的虎克鉸或其他形式的等價結(jié)構(gòu)，其近固定架的回轉(zhuǎn)軸線分別與所述第一、第二鉸鏈的軸線平行，其遠(yuǎn)固定架的回轉(zhuǎn)軸線共線且與所述第三鉸鏈的軸線平行；所述第六鉸鏈可以采用球鉸鏈或其他形式的等價結(jié)構(gòu)；所述的第一、第二、第三驅(qū)動裝置采用伺服電機(jī)——減速器——滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式或直線電機(jī)驅(qū)動方式。
本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由于各支鏈中移動副所在直線與回轉(zhuǎn)副所在軸線的空間位置關(guān)系，使得該機(jī)構(gòu)成為空間面對稱機(jī)構(gòu)，所有加工及安裝表面均在水平或豎直方向，因而具有良好的制造及裝配工藝性，并且第一與第二鉸鏈采用具有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈，與已有技術(shù)相比減少了兩個轉(zhuǎn)動鉸鏈，因而有利于降低制造成本。


附圖為本發(fā)明一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作以詳細(xì)描述。
在附圖中，軸線A、軸線C、軸線Z相互正交。
如圖所示，本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由固定架1、動平臺5、第一支鏈2、第二支鏈3及第三支鏈4構(gòu)成；所述的動平臺5上固定設(shè)置有電主軸6，所述的第一支鏈2、第二支鏈3和第三支鏈4關(guān)于由軸線A與軸線Z形成的平面呈空間面對稱方式布置；所述的第一支鏈2、第二支鏈3和第三支鏈4彼此結(jié)構(gòu)相同，其構(gòu)成包括分別固定設(shè)置在所述固定架1上的第一連接板22、第二連接板32、第三連接板42，分別固定設(shè)置在所述第一、第二、第三連接板22、32、42一端的第一驅(qū)動裝置21、第二驅(qū)動裝置31、第三驅(qū)動裝置41以及固定設(shè)置在所述第一、第二、第三連接板22、32、42上的第一直線導(dǎo)軌23、第二直線導(dǎo)軌33、第三直線導(dǎo)軌43，所述的第一、第二、第三直線導(dǎo)軌23、33、43分別與所述的第一拖板24、第二托板34、第三托板44構(gòu)成移動副，所述第一、第二、第三拖板24、34、44分別通過具有一個回轉(zhuǎn)自由度的第一鉸鏈25、第二鉸鏈35、第三鉸鏈45連接第一連桿26、第二連桿36、第三連桿46的一端，所述的第一、第二、第三連桿26、36、46的另一端分別通過第四鉸鏈27、第五鉸鏈37和第六鉸鏈47連接所述的動平臺5，所述的第一、第二、第三鉸鏈25、35、45可以采用銷軸與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副，也可以采用其它形式的等價結(jié)構(gòu)；所述第一、第二鉸鏈25、35的軸線分別平行于由兩正交軸線A及軸線Z構(gòu)成的平面且同時與所述第三鉸鏈45的軸線垂直，也就是說，第一、第二鉸鏈25、35的軸線平行于軸線A，第三鉸鏈45的軸線平行于軸線C；所述第一支鏈2、第二支鏈3和第三支鏈4中的第一、第二、第三直線導(dǎo)軌23、33、43的所在直線相互平行且同時平行于軸線Z，所述第一、第二、第三鉸鏈25、35、45的軸線分別與所述第一、第二、第三直線導(dǎo)軌23、33、43的所在直線相互垂直；所述第四鉸鏈27與第五鉸鏈37具有兩個回轉(zhuǎn)自由度，其結(jié)構(gòu)為由十字軸與軸承構(gòu)成的虎克鉸，所述虎克鉸近固定架5的回轉(zhuǎn)軸線27a、37a分別與所述第一、第二鉸鏈25、35的軸線平行，所述虎克鉸遠(yuǎn)固定架5的回轉(zhuǎn)軸線27b、37b共線且與所述第三鉸鏈45的軸線平行，根據(jù)情況需要，所述的虎克鉸也可以采用其他形式的具有兩個回轉(zhuǎn)自由度的等價結(jié)構(gòu)；所述第六鉸鏈47為具有三個回轉(zhuǎn)自由度的球鉸鏈，所述的球鉸鏈也可以其他形式的等價結(jié)構(gòu)所代替。
本發(fā)明的設(shè)置可實(shí)現(xiàn)下述功能在第一支鏈2與第二支鏈3中，所述的第一、第二連桿26、36與所述的動平臺5之間分別僅具有兩個回轉(zhuǎn)自由度并與所述的第一、第二拖板24、34之間分別僅具有一個回轉(zhuǎn)自由度，所述的第一、第二拖板24、34相對于所述的固定架1分別僅具有一個相對移動自由度；在第三支鏈4中，所述的第三連桿46與所述的動平臺5之間僅具有三個回轉(zhuǎn)自由度并與所述的第三拖板44之間僅具有一個回轉(zhuǎn)自由度，所述的第三拖板44相對于所述的固定架1僅具有一個相對移動自由度。
本發(fā)明的運(yùn)行狀況是在所述第一、第二、第三驅(qū)動裝置21、31、41的驅(qū)動下，當(dāng)所述的第一、第二、第三支鏈2、3、4同步運(yùn)動時，所述的動平臺5及其上固定的電主軸6可實(shí)現(xiàn)沿軸線Z的移動；當(dāng)只有第三支鏈4單獨(dú)運(yùn)動時，所述的動平臺5及其上固定的電主軸6可實(shí)現(xiàn)繞軸線C的回轉(zhuǎn)運(yùn)動；當(dāng)?shù)谌ф?靜止且第一支鏈2與第二支鏈3相互反向運(yùn)動時，所述的動平臺5及其上固定的電主軸6可實(shí)現(xiàn)繞軸線A的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。
在本實(shí)施例中，所述的第一、第二、第三驅(qū)動裝置21、31、41均采用了伺服電機(jī)—減速器—滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式，在所述第一、第二、第三拖板24、34、44中固定設(shè)置有與所述滾珠絲杠構(gòu)成嚙合副的絲杠螺母，所述滾珠絲杠一端連接所述的第一、第二、第三驅(qū)動裝置21、31、41，所述滾珠絲杠的另一端穿過所述的絲杠螺母后與所述第一、第二、第三連接板22、32、42的另一端相連接，從而為第一、第二、第三拖板24、34、44與第一、第二、第三直線導(dǎo)軌23、33、43之間提供一個移動自由度。為了達(dá)到同樣目的，也可以采用直線電機(jī)驅(qū)動方式為第一、第二、第三拖板24、34、44與第一、第二、第三直線導(dǎo)軌23、33、43之間提供一個移動自由度。當(dāng)然，在具體實(shí)施時，采用其它任意一種可實(shí)現(xiàn)相同運(yùn)動功能的結(jié)構(gòu)形式作為驅(qū)動方式都是可以的。
本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)的空間兩轉(zhuǎn)動一平動并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，其不同點(diǎn)在于(1)現(xiàn)有技術(shù)中的三條支鏈采用空間軸對稱方式布置，且支鏈與固定架之間的機(jī)械連接面為互成角度的斜面；本發(fā)明中所述的第一支鏈2、第二支鏈3和第三支鏈4采用空間面對稱的布置方式，且三個支鏈與固定架之間的機(jī)械連接面為水平或垂直平面。
(2)現(xiàn)有技術(shù)中的連桿連接動平臺的一端采用的是具有三個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈；本發(fā)明中所述的第一、第二、第三連桿26、36、46連接所述動平臺5的一端采用的第四鉸鏈27、第五鉸鏈37、第六鉸鏈47具有不同的回轉(zhuǎn)自由度，其中第四鉸鏈27與第五鉸鏈37具有兩個回轉(zhuǎn)自由度，第六鉸鏈47具有三個回轉(zhuǎn)自由度。
(3)現(xiàn)有技術(shù)的空間兩轉(zhuǎn)動一平動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其加工工藝性受固定架的制造精度以及直線導(dǎo)軌與固定架配合精度的限制，尤其是支鏈與固定架之間互成角度的機(jī)械連接面難以保證制造及裝配精度；本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其支鏈與固定架之間的機(jī)械連接面為水平或垂直平面，所有的加工表面及安裝表面均在水平或豎直方向，因而具有良好的制造工藝性及裝配工藝性。
(4)現(xiàn)有技術(shù)的空間兩轉(zhuǎn)動一平動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其連桿連接動平臺的一端采用了三個具有三個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈；本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其連桿連接動平臺的一端采用了一個具有三個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈和兩個具有兩個回轉(zhuǎn)自由度的鉸鏈，相比于現(xiàn)有技術(shù)減少了兩個轉(zhuǎn)動鉸鏈，有利于降低制造成本。
本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過第一支鏈2、第二支鏈3及第三支鏈4呈空間面對稱的布置方式，并且利用第四鉸鏈27和第五鉸鏈37與動平臺5之間的兩自由度轉(zhuǎn)動、第六鉸鏈47與動平臺5之間的三自由度轉(zhuǎn)動，還有三個支鏈中所述第一、第二、第三連桿26、36、46與第一、第二、第三拖板24、34、44之間的單自由度轉(zhuǎn)動，以及第一、第二、第三拖板24、34、44與固定架1之間的單自由度移動，實(shí)現(xiàn)了所述動平臺5相對于固定架1的空間兩轉(zhuǎn)動自由度和一平動自由度。
本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)為模塊化設(shè)計，該模塊化機(jī)構(gòu)可通過固定架上的機(jī)械接口與兩個正交的串接移動部件連接，進(jìn)而構(gòu)成五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床單機(jī)和大型結(jié)構(gòu)件的五坐標(biāo)數(shù)控加工單元。
以上示意性的對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它各種等價形式(包括形狀和布局)的固定架、驅(qū)動裝置以及鉸鏈連接方式不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架、設(shè)置有電主軸的動平臺、以及結(jié)構(gòu)相同的第一、第二、第三支鏈，其特征是，所述的第一、第二、第三支鏈關(guān)于由兩正交軸線A與軸線Z形成的平面呈空間面對稱方式設(shè)置，其構(gòu)成包括分別固定設(shè)置在所述固定架上的第一、第二、第三連接板，分別固定設(shè)置在所述第一、第二、第三連接板一端的第一、第二、第三驅(qū)動裝置以及分別固定設(shè)置在所述第一、第二、第三連接板上的第一、第二、第三直線導(dǎo)軌，所述的第一、第二、第三直線導(dǎo)軌分別與第一、第二、第三拖板構(gòu)成移動副，所述第一、第二、第三拖板分別通過具有一個回轉(zhuǎn)自由度的第一、第二、第三鉸鏈連接第一、第二、第三連桿的一端，所述第一、第二連桿的另一端分別通過具有兩個回轉(zhuǎn)自由度的第四、第五鉸鏈連接所述的動平臺，所述第三連桿的另一端通過具有三個回轉(zhuǎn)自由度的第六鉸鏈連接所述的動平臺；所述第一、第二鉸鏈的軸線分別平行于由所述兩正交軸線A及軸線Z構(gòu)成的平面且同時與所述第三鉸鏈的軸線垂直；所述第一、第二、第三直線導(dǎo)軌的所在直線相互平行且平行于軸線Z，所述第一、第二、第三鉸鏈的軸線分別與所述第一、第二、第三直線導(dǎo)軌的所在直線相互垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的第一、第二、第三鉸鏈為銷軸與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的第四、第五鉸鏈為十字軸與軸承構(gòu)成的虎克鉸，其近固定架的回轉(zhuǎn)軸線分別與所述第一、第二鉸鏈的軸線平行，其遠(yuǎn)固定架的回轉(zhuǎn)軸線共線且與所述第三鉸鏈的軸線平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的第六鉸鏈為球鉸鏈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的第一、第二、第三驅(qū)動裝置采用伺服電機(jī)——減速器——滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是，所述的第一、第二、第三驅(qū)動裝置采用直線電機(jī)驅(qū)動方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動和一平動自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其構(gòu)成包括固定架、動平臺、以及結(jié)構(gòu)相同且呈空間面對稱布置的三條支鏈；所述的三條支鏈分別由設(shè)置在固定架上的三個連接板、分別設(shè)置在三個連接板一端的三個驅(qū)動裝置以及分別設(shè)置在三個連接板上的直線導(dǎo)軌構(gòu)成，所述三個連接板上的直線導(dǎo)軌與分別通過第一、第二、第三鉸鏈連接在所述三個連桿一端的三個拖板構(gòu)成移動副，在三個連桿中，兩個連桿的另一端分別通過第四、第五鉸鏈連接所述的動平臺，另一個連桿的另一端通過第六鉸鏈連接所述的動平臺，所述的動平臺上設(shè)置有電主軸。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是比現(xiàn)有技術(shù)減少了兩個轉(zhuǎn)動鉸鏈，具有良好的制造、裝配工藝性，有利于降低制造成本。
文檔編號B23Q15/00GK101049699SQ200710057179
公開日2007年10月10日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者黃田, 劉海濤, 趙學(xué)滿, 宋軼民, 李永剛, 梅江平 申請人:天津大學(xué)