CN103753235B - 一种基于并联模块的多轴联动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于并联模块的多轴联动装置，属于数控装置制造技术领域。包括动平台、定平台和U型架，以及连接所述定平台和U型架之间的第一、第二和第三支链，连接所述动平台和定平台之间的第四支链；其特征在于：所述第一、第二和第三支链分别与定平台和U型架连接，U型架通过转动副与动平台连接，所述第四支链与定平台和动平台连接，形成一个空间并联闭环机构，通过四个输入驱动动平台实现三个移动和一个转动自由度；该装置还可包括一个环形导轨或工作台，所述空间并联闭环机构与该环形导轨或工作台构成一个可实现多达五轴联动的混联装置。该结构形式可实现立卧转换，具有较高的转动输出能力。

Description

一种基于并联模块的多轴联动装置
技术领域
本发明属于机械制造领域，特别涉及一种能够应用于数控装置制造领域的基于并联模块的多轴联动装置。
背景技术
并联机构是指由两个或多个运动学支链构成的闭环机构，因其结构紧凑容易实现模块化，又将其称为并联模块。相对于传统的串联机构，并联机构还具有以下优点：单位重量上承载能力大、运动部件质量小、易于实现高速运动等。近年来，少自由度并联机构(自由度数少于六自由度的并联机构)由于容易实现较大工作空间(尤其是转动工作空间)、运动学简单的特性而越来越受到研究者的重视和青睐，四自由度并联机构是少自由度并联机构中非常重要的一类。比较具有代表性的如法国学者Pierrot提出的H4构型，实现三个移动和一个转动自由度，成功应用在包装生产线上实现散乱物料的快速抓放操作。在机械加工领域，法国学者提出了Lambda-Quadriglide四自由度并联机构，同样可实现三个移动和一个转动自由度，并开发了物理样机。但在机械加工领域此类成功应用案例并不多，主要原因在于具有实用价值的此类并联机构的构型综合非常具有挑战性，通常会由于球铰的大量引入和使用而给加工制造增加难度，降低了工程可实施性，因此，如何避免或减少球铰的使用成为解决上述问题的关键。
在机械加工领域，现代零部件的设计和加工工艺越来越复杂，对现代加工设备的转动灵活性提出了更高的要求。为了满足一定的加工柔性，通常要求加工设备能够实现立卧转换加工，表现在机构构型上则要求机构的转动输出能力至少达到90度，这对并联机构来说是一个很大的挑战。在以往的一些基于少自由度并联机构的混联装置的成功应用案例中：Tricept五轴混联加工中心通过串联A/C关节摆头实现了高转动输出、由德国DSTechnology公司研制的基于Sprint Z3三自由度并联主轴头的Ecospeed五轴混联加工中心，其转动输出能力在±40°左右，不能实现立卧转换。
鉴于此，本发明提出了一种不采用球铰且具有高转动输出能力的新型多轴联动装置，能够实现立卧转换加工，可实现四轴到五轴的联动控制。
发明内容
本发明的目的是为复杂自由曲面零部件的多轴联动加工以及一次装卡五面加工提供更好的原理构型及解决方案，提出一种不采用球铰且能实现高转动输出的新型多轴联动装置。本发明提出的一种基于并联模块的多轴联动装置可实现四轴到五轴的联动控制。
本发明提出的一种基于并联模块的多轴联动装置，包括一个安装执行器的动平台、定平台和U型架，以及连接所述定平台和U型架之间的结构相同的第一、第二和第三支链，连接所述动平台和定平台之间的第四支链；所述第一、第二、第三和第四支链均含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：所述第一、第二和第三支链分别与定平台和U型架连接，U型架通过转动副与动平台连接，所述第四支链与定平台和动平台连接，形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个移动自由度和一个转动自由度；该装置还包括一个环形导轨或一个安装被加工工件的工作台，所述空间并联闭环机构与该环形导轨或工作台构成一个多轴联动装置，该装置可实现多达五轴的联动控制。
本发明的特点及技术效果
本发明的一种基于并联模块的多轴联动装置，采用四个支链的结构形式构成空间四自由度闭环并联机构，通过四个输入驱动动平台运动，实现三个移动自由度和一个转动自由度，其动平台可实现较大的转动输出能力是该机构的一个突出优点，结合环形导轨或旋转工作台，采用混联的结构形式获得了多达五轴的联动控制，可实现对复杂自由曲面类零件的一次装卡五面加工。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例2的结构示意图。
图3为本发明实施例3的结构示意图。
具体实施方式
本发明的一种基于并联模块的多轴联动装置结合附图及实施例详细说明如下：
本发明提出的一种基于并联模块的多轴联动装置，包括一个安装执行器的动平台、定平台和U型架，以及连接所述定平台和U型架之间的结构相同的第一、第二和第三支链，连接所述动平台和定平台之间的第四支链；所述第一、第二、第三和第四支链均含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：所述第一、第二和第三支链分别与定平台和U型架连接，U型架通过转动副与动平台连接，所述第四支链与定平台和动平台连接，形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个移动自由度和一个转动自由度；该装置还包括一个环形导轨或一个安装被加工工件的工作台，所述空间并联闭环机构与该环形导轨或工作台构成一个多轴联动装置，该装置可实现多达五轴的联动控制。
本发明的一种基于并联模块的多轴联动装置，具体说明如下：
第一、第二和第三支链均包括：连接件、上连杆、下连杆、连接块以及运动副。所述运动副有五个，一个是连接于定平台和连接件之间的转动副，一个是连接于连接件和上连杆之间的转动副，一个是连接于上连杆和下连杆之间的移动副，一个是连接于下连杆和连接块之间的转动副，另一个是连接于连接块和U型架之间的转动副。其中，连接于上连杆和下连杆之间的移动副是被驱动的；连接于定平台和连接件之间以及连接于连接件和上连杆之间的两个转动副可由一个虎克铰代替；连接于下连杆和连接块之间以及连接于连接块和U型架之间的两个转动副可由一个虎克铰代替。
第四支链包括：连接件、上连杆、下连杆、连接块以及运动副。所述运动副有五个，一个是连接于定平台和连接件之间的转动副，一个是连接于连接件和上连杆之间的转动副，一个是连接于上连杆和下连杆之间的移动副，一个是连接于下连杆和连接块之间的转动副，另一个是连接于连接块和动平台之间的转动副。其中，连接于上连杆和下连杆之间的移动副是被驱动的；连接于定平台和连接件之间以及连接于连接件和上连杆之间的两个转动副可由一个虎克铰或者球铰代替；连接于下连杆和连接块之间以及连接于连接块和动平台之间的两个转动副可由一个虎克铰或者球铰代替。
该多轴联动装置还包括：环形导轨以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台和环形导轨之间的转动副，且该转动副是被驱动的。
该多轴联动装置还包括：转台以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台和转台之间的转动副，且该转动副是被驱动的。
实施例1：
本实施例的一种基于并联模块的多轴联动装置的结构如图1所示，包括定平台18、动平台15和U型架16，以及连接所述定平台18和U型架16之间的第一、第二和第三支链，连接所述动平台15和定平台18之间的第四支链；所述第一、第二和第三支链分别与定平台18和U型架16连接，U型架16通过转动副与动平台15连接，所述第四支链与定平台18和动平台15连接，形成一个空间并联闭环机构。
所述第一、第二和第三支链结构相同，均包括：连接件11、上连杆12、下连杆13、连接块14以及运动副。所述运动副有五个，一个是连接于定平台18和连接件11之间的转动副，一个是连接于连接件11和上连杆12之间的转动副，一个是连接于上连杆12和下连杆13之间的移动副，一个是连接于下连杆13和连接块14之间的转动副，另一个是连接于连接块14和U型架16之间的转动副。其中，连接于上连杆12和下连杆13之间的移动副是被驱动的；连接于定平台18和连接件11之间以及连接于连接件11和上连杆12之间的两个转动副可由一个虎克铰代替；连接于下连杆13和连接块14之间以及连接于连接块14和U型架16之间的两个转动副可由一个虎克铰代替。
所述第四支链包括：连接件19、上连杆110、下连杆111、连接块17以及运动副。所述运动副有五个，一个是连接于定平台18和连接件19之间的转动副，一个是连接于连接件19和上连杆110之间的转动副，一个是连接于上连杆110和下连杆111之间的移动副，一个是连接于下连杆111和连接块17之间的转动副，另一个是连接于连接块17和动平台15之间的转动副。其中，连接于上连杆110和下连杆111之间的移动副是被驱动的；连接于定平台18和连接件19之间以及连接于连接件19和上连杆110之间的两个转动副可由一个虎克铰或者球铰代替；连接于下连杆111和连接块17之间以及连接于连接块17和动平台15之间的两个转动副可由一个虎克铰或者球铰代替。
该多轴联动装置可实现三个移动自由度和一个转动自由度。
实施例2：
本实施例的一种基于并联模块的多轴联动装置的结构如图2所示，该多轴联动装置与实施例1的不同之处在于：该多轴联动装置还包括环形导轨21以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台22和环形导轨21之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和两个转动自由度的五轴联动控制。
实施例3：
本实施例的一种基于并联模块的多轴联动装置的结构如图3所示，该多轴联动装置与实施例1的不同之处在于：该多轴联动装置还包括转台31以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台32和转台31之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和两个转动自由度的五轴联动控制。

Claims (5)

1.一种基于并联模块的多轴联动装置，包括一个安装执行器的动平台、定平台和U型架，以及连接所述定平台和U型架之间的第一、第二和第三支链，连接所述动平台和定平台之间的第四支链；所述第一、第二和第三支链结构相同；所述第一、第二、第三和第四支链均含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：所述第一、第二和第三支链分别与定平台和U型架连接，U型架通过转动副与动平台连接，所述第四支链与定平台和动平台连接，形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个移动自由度和一个转动自由度。
2.如权利要求1所述的一种基于并联模块的多轴联动装置，其特征在于，所述第一、第二和第三支链均包括：连接件、上连杆、下连杆、连接块以及运动副；所述运动副有五个，一个是连接于定平台和连接件之间的转动副，一个是连接于连接件和上连杆之间的转动副，一个是连接于上连杆和下连杆之间的移动副，一个是连接于下连杆和连接块之间的转动副，另一个是连接于连接块和U型架之间的转动副；其中，连接于上连杆和下连杆之间的移动副是被驱动的，连接于定平台和连接件之间以及连接于连接件和上连杆之间的两个转动副可由一个虎克铰代替，连接于下连杆和连接块之间以及连接于连接块和U型架之间的两个转动副可由一个虎克铰代替。
3.如权利要求1所述的一种基于并联模块的多轴联动装置，其特征在于，所述第四支链包括：连接件、上连杆、下连杆、连接块以及运动副；所述运动副有五个，一个是连接于定平台和连接件之间的转动副，一个是连接于连接件和上连杆之间的转动副，一个是连接于上连杆和下连杆之间的移动副，一个是连接于下连杆和连接块之间的转动副，另一个是连接于连接块和动平台之间的转动副；其中，连接于上连杆和下连杆之间的移动副是被驱动的，连接于定平台和连接件之间以及连接于连接件和上连杆之间的两个转动副可由一个虎克铰或者球铰代替，连接于下连杆和连接块之间以及连接于连接块和动平台之间的两个转动副可由一个虎克铰或者球铰代替。
4.如权利要求1所述的一种基于并联模块的多轴联动装置，其特征在于，该多轴联动装置还包括：环形导轨以及运动副；所述运动副有一个，为连接于定平台和环形导轨之间的转动副，且该转动副是被驱动的；该装置可实现三个移动自由度和两个转动自由度的五轴联动控制。
5.如权利要求1所述的一种基于并联模块的多轴联动装置，其特征在于，该多轴联动装置还包括：转台以及运动副；所述运动副有一个，为连接于定平台和转台之间的转动副，且该转动副是被驱动的；该装置可实现三个移动自由度和两个转动自由度的五轴联动控制。
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