CN105252524A - 带加强柱的三自由度并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带加强柱的三自由度并联机构，包括定平台、动平台与三个支链。每个支链包括调节部件、立柱、移动副、转动副、连杆、球面副、加强柱、加强联接部件组，加强联接部件组至少包括1组加强联接部件；加强联接部件组中的每组加强联接部件均由小联接板、加强杆组和大联接板组成。调节部件水平安装在定平台上，调节部件上安装立柱，移动副与立柱联接，移动副与转动副联接，连杆的一端与转动副联接，连杆的另一端与球面副联接，球面副安装在动平台上，加强柱与加强联接部件组均安装在定平台的边缘的位置。本发明将加强部件与调节部件分离开来，在保证调整灵活性的同时，增大了机构的工作刚度，具有很好的经济效益与社会效益。

Description

带加强柱的三自由度并联机构

技术领域

本发明涉及一种三自由度并联机构，尤其是一种由移动副、转动副和球面副构成的三自由度并联机构，属于机器人应用技术领域。

背景技术

3-PRS并联机构，也可称为3-PRS并联机器人，它属于一类并联机构，由3个完全相同的分支组成，每个分支都包含一个移动副(P)、一个转动副(R)与一个球面副(S)。3-PRS并联机构作为少自由度并联机器人的典型代表之一，虽然只有3个自由度，但是由于机械结构与控制部分相对简单，它的一些特殊构型已在工业生产中得到了成功应用。

影响3-PRS并联机构工作性能的参数很多，主要包括工作空间的形状与大小、精度、承载能力等。由于各个支链之间互相耦合，再加上运动学与动力学方程中包含了三角函数、非线性方程组，工作空间、精度等性能评价、设计与优化的过程非常复杂。在研究的过程中，通常运用线性化等方法将问题简化，进而进行理论分析；然后与实验相结合，修改完善理论模型，得到针对某一类并联机构普适的模型。为了全面分析，就需要在不同的机构类型(连杆的布置形式)、机构尺寸下进行研究。可调机构类型、可调工作空间的3-PRS并联机构将为研究提供了巨大的便利，极大地节约时间与硬件成本。但是，机构可调带来了一些新的问题，例如，调节部件使立柱等主要部分的工作刚度减小，导致精度下降、承载力减小；通过加大调整部分及立柱尺寸等方法可以增大刚度，但这又导致了调整机构笨重，不方便调节。

发明内容

本发明针对一类机构类型、工作空间可调的3-PRS并联机构由于调节部件导致工作刚度减小、或增大尺寸导致机构笨重的技术问题，提供了一种带加强柱的3-PRS并联机构，将加强部件与调整部件分离开来，在保证调整灵活性的同时，增大了机构的工作刚度，有效地解决了上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种带加强柱的三自由度并联机构，包括定平台1、动平台2、第一支链3、第二支链4和第三支链5；

第一支链3、第二支链4和第三支链5中的每一个支链均包括以下部件：

第一调节部件31，41，51、第一立柱32，42，52、第一移动副33，43，53、第一转动副34，44，54、第一连杆35，45，55、第一球面副36，46，56、第一加强柱37，47，57、第一加强联接部件组38，48，58，第一加强联接部件组38，48，58至少包括1组第一加强联接部件；第一加强联接部件组38，48，58中的每组第一加强联接部件均由第一小联接板381，481，581、第一加强杆组382，482，582和第一大联接板383，483，583组成；

上述每个支链中所包括的部件的联接结构为：

第一调节部件31，41，51水平安装在定平台1上，第一调节部件31，41，51上安装第一立柱32，42，52，第一立柱32，42，52垂直于定平台1，第一移动副33，43，53与第一立柱32，42，52联接，第一移动副33，43，53的轴线与定平台1的上平面垂直，第一移动副33，43，53与第一转动副34，44，54联接，第一转动副34，44，54的轴线与定平台1的上平面平行，第一连杆35，45，55的一端与第一转动副34，44，54联接，第一连杆35，45，55的另一端与第一球面副36，46，56联接，第一球面副36，46，56安装在动平台2上，

第一加强柱37，47，57与第一加强联接部件组38，48，58中的每组第一加强联接部件均安装在定平台1的边缘的位置，具体为：第一立柱32，42，52两侧安装第一加强柱37，47，57，第一立柱32，42，52上安装第一小联接板381，481，581，第一加强柱37，47，57上安装第一大联接板383，483，583，第一小联接板381，481，581与第一大联接板383，483，583均与定平台1平行，第一小联接板381，481，581与第一大联接板383，483，583安装高度相同，第一加强杆组382，482，582中的每个加强杆的一端用铰制孔螺栓安装在第一小联接板381，481，581上，第一加强杆组382，482，582中的每个加强杆的另一端用铰制孔螺栓安装在第一大联接板383，483，583上；

调节部件31，41，51两两成120°夹角分布，加强柱37，47，57两两成120°夹角分布。

进一步，第一加强联接部件组38，48，58中的每组第一加强联接部件的第一小联接板381，481，581上均设置m个铰制孔螺栓安装孔，第一大联接板383，483，583上均设置M个铰制孔螺栓安装孔，m和M均为不小于3的奇数，M不小于m。

进一步，第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件的第一小联接板381上的m个铰制孔螺栓安装孔在定平台1上平面投影，m个投影圆的圆心在同一个圆上且半径为r、圆心为投影点O1；将第一转动副34在定平台1上平面投影，第一转动副34的转动中心的中点的投影点设为P1；投影点O1与投影点P1重合；第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件的第一大联接板383上的M个铰制孔螺栓安装孔的中心在同一个圆上且半径为R，R大于r；所有小联接板381，481，581的结构与尺寸完全相同；所有大联接板383，483，583的结构与尺寸完全相同。

更进一步，第一加强联接部件组38，48，58中的每组第一加强联接部件的第一加强杆组382，482，582至少包括3个加强杆。

再进一步，第一加强杆组382、第二加强杆组482、第三加强杆组582中的加强杆的安装的步骤完全相同，第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件的第一加强杆组382中的其中3个加强杆的安装的步骤为：

S1：确定第一立柱32的方向角D1，第一转动副(34)的转动中心的中点的投影点P1与定平台1中心的连线，垂直于第一转动副34的转动中心时方向角D1为0°，逆时方向时方向角D1为正，顺时针方向时方向角D1为负，方向角D1的范围为-60°~60°；

S2：当方向角D1不小于0°时，将第一小联接板381上的m个铰制孔螺栓安装孔按照逆时针方向编号为1、2、3、…、m，将第一大联接板383上的M个铰制孔螺栓安装孔按照逆时针方向编号为1、2、3、…、M；当方向角D小于0°时，上述的第一小联接板381与第一大联接板383上的铰制孔螺栓安装孔按照顺时针方向编号；

S3：将第一小联接板381、第一大联接板383、第一立柱32、第一转动副34在定平台1上平面投影，做俯视图；得到第一小联接板381上的m个铰制孔螺栓安装孔的中心的投影点h1、h2、h3、…、hm，第一大联接板383上的M个铰制孔螺栓安装孔的中心的投影点H1、H2、H3、…、HM，第一转动副34的转动中心的中点的投影点P1；

S4：第一个加强杆的安装位置的确定方法是：连接投影点P1与H1，在第一小联接板381上编号为1、2、3、…、(m-1)/2的铰制孔螺栓安装孔中选择其中心的投影h1、h2、h3、…、h(m-1)/2与连线P1H1距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第一个加强杆的一端的安装孔，设编号为J，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1H1距离相同，则选择编号小的一个，第一个加强杆的另一端安装在第一大联接板383的编号为1的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第一个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装；

第二个加强杆安装位置的确定方法是：设K=(M+1)/2，连接投影点P1与HK，在第一小联接板381上编号为J+1、J+2、J+3、…、(m+1)/2的铰制孔螺栓安装孔中选择其中心的投影h(J+1)、h(J+2)、h(J+3)、…、h(m+1)/2与连线P1HK距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第二个加强杆的一端的安装孔，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1HK距离相同，则任选一个，第二个加强杆的另一端安装在第一大联接板383的编号为K的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第二个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装；

第三个加强杆安装位置的确定方法是：设K=(m+1)/2，连接投影点P1与HM，在第一小联接板381上编号为K+1、K+2、K+3、…、m的孔中选择其中心的投影h(K+1)、h(K+2)、h(K+3)、…、hm与连线P1HM距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第三个加强杆的一端的安装孔，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1HM距离相同，则选择编号大的一个，第三个加强杆的另一端安装在第一大联接板383的编号为M的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第三个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装。

本发明具有的有益的效果是：

(1)本发明提供的3-PRS并联机构中加强柱与立柱分离，在调整并联机构的构型或工作空间前，卸下加强杆，单独调节立柱的位置及方向角，机构调整灵活；当调节完毕后，再安装上加强杆，使用方便。

(2)本发明提供的并联机构中包含了加强柱与加强联接部件，立柱的工作刚度主要由其自身、加强柱与加强联接部件共同保障，增大了系统的整体刚度；而且，立柱就可以设计得轻便一些，使其调整起来更加灵活方便。

(3)本发明提供的并联机构中加强杆采用可调整长度的伸缩杆，在确定了加强杆的安装位置之后，根据安装孔距调整伸缩杆的长度，当调整完毕之后，将加强杆的伸缩功能锁死，保持加强杆的长度固定，可以使三个立柱与定平台中心的距离能够进行无级调节。

(4)本发明提供的并联机构中加强杆的安装方式使立柱的方向角在调整范围内实现无级调节，进而构造出大量的3-PRS并联机构类型；而且，在保证调节使用方便的情况下，使每个加强杆的受力方向通过转动副的中心，从而提高了加强杆的工作刚度。

(5)本发明提供的加强机构可适用于大量的工作空间或构型可调的并联机构，具有很强的通用性与实用性，解决了一类机构类型、工作空间可调的3-PRS并联机构由于调节部件导致工作刚度减小、或增大尺寸导致机构笨重的技术问题，具有很好的经济效益与社会效益。

附图说明

图1是本发明提供的并联机构装配简图；

图2是方向角D1为0°时加强杆的安装的位置确定方法示意图；

图3是方向角D1大于0°时加强杆的安装的位置确定方法示意图；

图4是方向角D1小于0°时加强杆的安装的位置确定方法示意图。

图中：1、定平台2、动平台

3、第一支链4、第二支链5、第三支链

31、第一调节部件41、第二调节部件51、第三调节部件

32、第一立柱42、第二立柱52、第三立柱

33、第一移动副43、第二移动副53、第三移动副

34、第一转动副44、第二转动副54、第三转动副

35、第一连杆45、第二连杆55、第三连杆

36、第一球面副46、第二球面副56、第三球面副

37、第一加强柱47、第二加强柱57、第三加强柱

38、第一强联接部件组48、第二强联接部件组58、第三强联接部件组

381、第一小联接板481、第二小联接板581、第三小联接板

382、第一加强杆组482、第二加强杆组582、第三加强杆组

383、第一大联接板483、第二大联接板583、第三大联接板。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1所示，本发明提供的一种三自由度并联机构，包括定平台1、动平台2、第一支链3、第二支链4和第三支链5。三个支链包括的部件以及联接结构如下。

第一支链3：包括第一调节部件31、第一立柱32、第一移动副33、第一转动副34、第一连杆35、第一球面副36、第一加强柱37、第一加强联接部件组38，第一加强联接部件组38至少包括1组第一加强联接部件；第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件均由第一小联接板381、第一加强杆组382和第一大联接板383组成；

第一支链3中所包括的部件的联接结构为：第一调节部件31水平安装在定平台1上，第一调节部件31上安装第一立柱32，第一立柱32垂直于定平台1，第一移动副33与第一立柱32联接，第一移动副33的轴线与定平台1的上平面垂直，第一移动副33与第一转动副34联接，第一转动副34的轴线与定平台1的上平面平行，第一连杆35的一端与第一转动副34联接，第一连杆35的另一端与第一球面副36联接，第一球面副36安装在动平台2上，

第一加强柱37与第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件均安装在定平台1的边缘的位置，具体为：第一立柱32两侧安装第一加强柱37，第一立柱32上安装第一小联接板381，第一加强柱37上安装第一大联接板383，第一小联接板381与第一大联接板383均与定平台1平行，第一小联接板381与第一大联接板383安装高度相同，第一加强杆组382中的每个加强杆的一端用铰制孔螺栓安装在第一小联接板381上，第一加强杆组382中的每个加强杆的另一端用铰制孔螺栓安装在第一大联接板383上。

第二支链4：包括第二调节部件41、第二立柱42、第二移动副43、第二转动副44、第二连杆45、第二球面副46、第二加强柱47、第二加强联接部件组48，第二加强联接部件组48至少包括1组第二加强联接部件；第二加强联接部件组48中的每组第二加强联接部件均由第二小联接板481、第二加强杆组482和第二大联接板483组成；

第二支链4中所包括的部件的联接结构为：第二调节部件41水平安装在定平台1上，第二调节部件41上安装第二立柱42，第二立柱42垂直于定平台1，第二移动副43与第二立柱42联接，第二移动副43的轴线与定平台1的上平面垂直，第二移动副43与第二转动副44联接，第二转动副44的轴线与定平台1的上平面平行，第二连杆45的一端与第二转动副44联接，第二连杆45的另一端与第二球面副46联接，第二球面副46安装在动平台2上，

第二加强柱47与第二加强联接部件组48中的每组第二加强联接部件均安装在定平台1的边缘的位置，具体为：第二立柱42两侧安装第二加强柱47，第二立柱42上安装第二小联接板481，第二加强柱47上安装第二大联接板483，第二小联接板481与第二大联接板483均与定平台1平行，第二小联接板481与第二大联接板483安装高度相同，第二加强杆组482中的每个加强杆的一端用铰制孔螺栓安装在第二小联接板481上，第二加强杆组482中的每个加强杆的另一端用铰制孔螺栓安装在第二大联接板483上。

第三支链5：包括第三调节部件51、第三立柱52、第三移动副53、第三转动副54、第三连杆55、第三球面副56、第三加强柱57、第三加强联接部件组58，第三加强联接部件组58至少包括1组第三加强联接部件；第三加强联接部件组58中的每组第三加强联接部件均由第三小联接板581、第三加强杆组582和第三大联接板583组成；

第三支链5中所包括的部件的联接结构为：第三调节部件51水平安装在定平台1上，第三调节部件51上安装第三立柱52，第三立柱52垂直于定平台1，第三移动副53与第三立柱52联接，第三移动副53的轴线与定平台1的上平面垂直，第三移动副53与第三转动副54联接，第三转动副54的轴线与定平台1的上平面平行，第三连杆55的一端与第三转动副54联接，第三连杆55的另一端与第三球面副56联接，第三球面副56安装在动平台2上，

第三加强柱57与第三加强联接部件组58中的每组第三加强联接部件均安装在定平台1的边缘的位置，具体为：第三立柱52两侧安装第三加强柱57，第三立柱52上安装第三小联接板581，第三加强柱57上安装第三大联接板583，第三小联接板581与第三大联接板583均与定平台1平行，第三小联接板581与第三大联接板583安装高度相同，第三加强杆组582中的每个加强杆的一端用铰制孔螺栓安装在第三小联接板581上，第三加强杆组582中的每个加强杆的另一端用铰制孔螺栓安装在第三大联接板583上。

调节部件(31，41，51)两两成120°夹角分布，加强柱(37，47，57)两两成120°夹角分布。

第一加强联接部件组38、第二加强联接部件组48、第三加强联接部件组58中均至少包括1组加强联接部件，图1中给出的是3个加强联接部件组38、48、58都包含了1组加强联接部件的情况，此时3个加强联接部件的安装高度相同。

当3个加强联接部件组38、48、58都包含了超过1组加强联接部件时，每个加强联接部件组包含的加强联接部件的组数相同，设为N组，编号设为：1、2、3、…、N。在安装的时候，第一加强联接部件组38中的第i组强联接部件、第二加强联接部件组48中的第i组强联接部件与第三强联接部件58中的第i组强联接部件这三组强联接部件高度相同，上述中的i=1、2、3、…、N。

第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件的第一小联接板381上设置m个铰制孔螺栓安装孔，第一大联接板383上设置M个铰制孔螺栓安装孔，m和M均为不小于3的奇数，M不小于m。

第二加强联接部件组48中的每组第二加强联接部件的第二小联接板481上设置m个铰制孔螺栓安装孔，第二大联接板483上设置M个铰制孔螺栓安装孔，m和M均为不小于3的奇数，M不小于m。

第三加强联接部件组58中的每组第三加强联接部件的第三小联接板581上设置m个铰制孔螺栓安装孔，第三大联接板583上设置M个铰制孔螺栓安装孔，m和M均为不小于3的奇数，M不小于m。

如图2、图3、图4所示，第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件的第一小联接板381上的m个铰制孔螺栓安装孔在定平台1上平面投影，m个投影圆的圆心在同一个圆上且半径为r、圆心为投影点O1；将第一转动副34在定平台1上平面投影，第一转动副34的转动中心的中点的投影点设为P1；投影点O1与投影点P1重合；第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件的第一大联接板383上的M个铰制孔螺栓安装孔的中心在同一个圆上且半径为R，R大于r；所有小联接板381、481、581的结构与尺寸完全相同；所有大联接板383、483、583的结构与尺寸完全相同。

第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件的第一加强杆组382至少包括3个加强杆，第二加强联接部件组48中的每组第二加强联接部件的第二加强杆组482至少包括3个加强杆，第三加强联接部件组58中的每组第三加强联接部件的第三加强杆组582至少包括3个加强杆。上述的至少包括的3个加强杆如图2、图3、图4中所示，除这3个之外的其他加强杆没有画出。图2、图3、图4中所示的是第一加强联接部件组38的情况，第二加强联接部件组48与第三加强联接部件组58的情况都与图2、图3、图4一样，唯一的差别是：在定平台1上的布置位置相差了120°。

第一加强杆组382、第二加强杆组482、第三加强杆组582中的加强杆都为可调长度的杆件结构，也就是说，每个加强杆可以无极调节长度，调节到预定的长度后，通过锁紧机构锁紧。加强杆的长度的无极调节特征，使其能够适应本发明中提供的3-PRS并联机构不同构型、不同工作空间调整的需要。

第一立柱32、第二立柱42、第三立柱52的方向角及与定平台1的中心的距离可分别通过第一调节部件31、第二调节部件41、第三调节部件51进行调节。如图1中的双向箭头所示，直线箭头代表可以沿着这个直线方向调节相应立柱与定平台1的中心的距离，弧形箭头代表每个立柱可以绕着自己的与定平台1垂直的轴线进行旋转调节。第一调节部件31、第二调节部件41、第三调节部件51的调节功能可通过很多机构来实现，例如，与定平台1中心的距离的调节机构通常采用直线滑块滑轨机构进行调整，并可用滚珠丝杠进行辅助调节，以增加调节的方便性。

第一加强杆组382、第二加强杆组482、第三加强杆组582中的加强杆的安装的步骤完全相同，第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件的第一加强杆组382中的其中3个加强杆的安装的步骤为：

S1：确定第一立柱32的方向角D1，第一转动副34的转动中心的中点的投影点P1与定平台1中心的连线，垂直于第一转动副34的转动中心时方向角D1为0°，逆时方向时方向角D1为正，顺时针方向时方向角D1为负，方向角D1的范围为-60°~60°；图1中第一立柱32、第二立柱42、第三立柱52的方向角均为0°；

S2：当方向角D1不小于0°时，将第一小联接板381上的m个铰制孔螺栓安装孔按照逆时针方向编号为1、2、3、…、m，将第一大联接板383上的M个铰制孔螺栓安装孔按照逆时针方向编号为1、2、3、…、M；当方向角D小于0°时，上述的第一小联接板381与第一大联接板383上的铰制孔螺栓安装孔按照顺时针方向编号；

S3：将第一小联接板381、第一大联接板383、第一立柱32、第一转动副34在定平台1上平面投影，做俯视图；得到第一小联接板381上的m个铰制孔螺栓安装孔的中心的投影点h1、h2、h3、…、hm，第一大联接板383上的M个铰制孔螺栓安装孔的中心的投影点H1、H2、H3、…、HM，第一转动副34的转动中心的中点的投影点P1；

S4：第一个加强杆的安装位置的确定方法是：连接投影点P1与H1，在第一小联接板381上编号为1、2、3、…、(m-1)/2的铰制孔螺栓安装孔中选择其中心的投影h1、h2、h3、…、h(m-1)/2与连线P1H1距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第一个加强杆的一端的安装孔，设编号为J，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1H1距离相同，则选择编号小的一个，第一个加强杆的另一端安装在第一大联接板383的编号为1的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第一个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装；

第二个加强杆安装位置的确定方法是：设K=(M+1)/2，连接投影点P1与HK，在第一小联接板381上编号为J+1、J+2、J+3、…、(m+1)/2的铰制孔螺栓安装孔中选择其中心的投影h(J+1)、h(J+2)、h(J+3)、…、h(m+1)/2与连线P1HK距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第二个加强杆的一端的安装孔，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1HK距离相同，则任选一个，第二个加强杆的另一端安装在第一大联接板383的编号为K的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第二个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装；

第三个加强杆安装位置的确定方法是：设K=(m+1)/2，连接投影点P1与HM，在第一小联接板381上编号为K+1、K+2、K+3、…、m的孔中选择其中心的投影h(K+1)、h(K+2)、h(K+3)、…、hm与连线P1HM距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第三个加强杆的一端的安装孔，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1HM距离相同，则选择编号大的一个，第三个加强杆的另一端安装在第一大联接板383的编号为M的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第三个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装。

下面以第一加强联接部件组38为例，结合图2、图3、图4说明加强杆的安装方法。第二加强联接部件组48、第三加强联接部件组58都与第一加强联接部件组38中加强杆的安装方法完全相同。在图2、图3、图4所示的实例中，第一小联接板381上设置的铰制孔螺栓安装孔的个数m=7，第一大联接板383上设置的铰制孔螺栓安装孔的个数M=13。

图2所示的是第一立柱32方向角D1=0°时的情况，根据步骤S2，属于方向角D1不小于0°的情况，将这些铰制孔螺栓安装孔分别按照逆时针方向编号，根据步骤3得到如图2所示的铰制孔螺栓安装孔的中心的投影点h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7，H1、H2、H3、H4、…、H13。根据步骤S4，第一个加强杆的安装位置的确定方法是：连接投影点P1与H1，在第一小联接板381上编号为1、2、3的铰制孔螺栓安装孔中选择其中心的投影与连线P1H1距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第一个加强杆的一端的安装孔，h2与连线P1H1距离最近，编号J=2，则第一个加强杆的两端安装时对应的为铰制孔螺栓安装孔h2与铰制孔螺栓安装孔H1。第二个加强杆的安装位置的确定方法是：设K=(13+1)/2=7，连接投影点P1与H7，在第一小联接板381上编号为3、4的铰制孔螺栓安装孔中选择其中心的投影与连线P1H7距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第二个加强杆的一端的安装孔，h4与连线P1H7距离最近，则第二个加强杆的两端安装时对应的为铰制孔螺栓安装孔h4与铰制孔螺栓安装孔H7。第三个加强杆安装位置的确定方法是：设K=(m+1)/2=4，连接投影点P1与H13，在第一小联接板381上编号为5、6、7的孔中选择其中心的投影与连线P1H13距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第三个加强杆的一端的安装孔，h6与连线P1H13距离最近，则第二个加强杆的两端安装时对应的为铰制孔螺栓安装孔h6与铰制孔螺栓安装孔H13。以上这3个加强杆是必须安装的，如果还要增加机构的刚度，除这3个之外的加强杆在保证与这三个加强杆不干涉的情况下，以均匀分布为原则进行安装。如，h2H4安装一个加强杆，h5H10安装一个加强杆。

图3所示的是第一立柱32方向角D1大于0°时的情况，根据步骤S2，属于方向角D1不小于0°的情况，处理方法与图2所示的实例一样。则第一个加强杆的两端安装时对应的为铰制孔螺栓安装孔h1与铰制孔螺栓安装孔H1，第二个加强杆的两端安装时对应的为铰制孔螺栓安装孔h3与铰制孔螺栓安装孔H7，第三个加强杆的两端安装时对应的为铰制孔螺栓安装孔h5与铰制孔螺栓安装孔H13。

图4所示的是第一立柱32方向角D1小于0°时的情况，根据步骤S2，属于方向角D1小于0°的情况，将这些铰制孔螺栓安装孔分别按照顺时针方向编号，其他步骤与图2、图3所示的实例一样。则第一个加强杆的两端安装时对应的为铰制孔螺栓安装孔h1与铰制孔螺栓安装孔H1，第二个加强杆的两端安装时对应的为铰制孔螺栓安装孔h3与铰制孔螺栓安装孔H7，第三个加强杆的两端安装时对应的为铰制孔螺栓安装孔h5与铰制孔螺栓安装孔H13。在确定第三个加强杆安装孔的时候，h4与h5与连线P1H13的距离相同，根据步骤S4选择编号大的一个，即h5。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述提示的技术内容做出的简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带加强柱的三自由度并联机构，其特征在于，所述并联机构包括定平台(1)、动平台(2)、第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)；

第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)中的每一个支链均包括以下部件：

第一调节部件(31，41，51)、第一立柱(32，42，52)、第一移动副(33，43，53)、第一转动副(34，44，54)、第一连杆(35，45，55)、第一球面副(36，46，56)、第一加强柱(37，47，57)、第一加强联接部件组(38，48，58)，第一加强联接部件组(38，48，58)至少包括1组第一加强联接部件；第一加强联接部件组(38，48，58)中的每组第一加强联接部件均由第一小联接板(381，481，581)、第一加强杆组(382，482，582)和第一大联接板(383，483，583)组成；

上述每个支链中所包括的部件的联接结构为：

第一调节部件(31，41，51)水平安装在定平台(1)上，第一调节部件(31，41，51)上安装第一立柱(32，42，52)，第一立柱(32，42，52)垂直于定平台(1)，第一移动副(33，43，53)与第一立柱(32，42，52)联接，第一移动副(33，43，53)的轴线与定平台(1)的上平面垂直，第一移动副(33，43，53)与第一转动副(34，44，54)联接，第一转动副(34，44，54)的轴线与定平台(1)的上平面平行，第一连杆(35，45，55)的一端与第一转动副(34，44，54)联接，第一连杆(35，45，55)的另一端与第一球面副(36，46，56)联接，第一球面副(36，46，56)安装在动平台(2)上，

第一加强柱(37，47，57)与第一加强联接部件组(38，48，58)中的每组第一加强联接部件均安装在定平台(1)的边缘的位置，具体为：第一立柱(32，42，52)两侧安装第一加强柱(37，47，57)，第一立柱(32，42，52)上安装第一小联接板(381，481，581)，第一加强柱(37，47，57)上安装第一大联接板(383，483，583)，第一小联接板(381，481，581)与第一大联接板(383，483，583)均与定平台(1)平行，第一小联接板(381，481，581)与第一大联接板(383，483，583)安装高度相同，第一加强杆组(382，482，582)中的每个加强杆的一端用铰制孔螺栓安装在第一小联接板(381，481，581)上，第一加强杆组(382，482，582)中的每个加强杆的另一端用铰制孔螺栓安装在第一大联接板(383，483，583)上；

调节部件(31，41，51)两两成120°夹角分布，加强柱(37，47，57)两两成120°夹角分布。

2.根据权利要求1所述的带加强柱的三自由度并联机构，其特征在于，第一加强联接部件组(38，48，58)中的每组第一加强联接部件的第一小联接板(381，481，581)上均设置m个铰制孔螺栓安装孔，第一大联接板(383，483，583)上均设置M个铰制孔螺栓安装孔，m和M均为不小于3的奇数，M不小于m。

3.根据权利要求2所述的带加强柱的三自由度并联机构，其特征在于，第一加强联接部件组(38)中的每组第一加强联接部件的第一小联接板(381)上的m个铰制孔螺栓安装孔在定平台(1)上平面投影，m个投影圆的圆心在同一个圆上且半径为r、圆心为投影点O1；将第一转动副(34)在定平台(1)上平面投影，第一转动副(34)的转动中心的中点的投影点设为P1；投影点O1与投影点P1重合；第一加强联接部件组(38)中的每组第一加强联接部件的第一大联接板(383)上的M个铰制孔螺栓安装孔的中心在同一个圆上且半径为R，R大于r；所有小联接板(381，481，581)的结构与尺寸完全相同；所有大联接板(383，483，583)的结构与尺寸完全相同。

4.根据权利要求3所述的带加强柱的三自由度并联机构，其特征在于，第一加强联接部件组(38，48，58)中的每组第一加强联接部件的第一加强杆组(382，482，582)至少包括3个加强杆。

5.根据权利要求4所述的带加强柱的三自由度并联机构，其特征在于，第一加强杆组(382)、第二加强杆组(482)、第三加强杆组(582)中的加强杆的安装的步骤完全相同，第一加强联接部件组(38)中的每组第一加强联接部件的第一加强杆组(382)中的其中3个加强杆的安装的步骤为：

S1：确定第一立柱(32)的方向角D1，第一转动副(34)的转动中心的中点的投影点P1与定平台(1)中心的连线，垂直于第一转动副(34)的转动中心时方向角D1为0°，逆时方向时方向角D1为正，顺时针方向时方向角D1为负，方向角D1的范围为-60°~60°；

S2：当方向角D1不小于0°时，将第一小联接板(381)上的m个铰制孔螺栓安装孔按照逆时针方向编号为1、2、3、…、m，将第一大联接板(383)上的M个铰制孔螺栓安装孔按照逆时针方向编号为1、2、3、…、M；当方向角D小于0°时，上述的第一小联接板(381)与第一大联接板(383)上的铰制孔螺栓安装孔按照顺时针方向编号；

S3：将第一小联接板(381)、第一大联接板(383)、第一立柱(32)、第一转动副(34)在定平台(1)上平面投影，做俯视图；得到第一小联接板(381)上的m个铰制孔螺栓安装孔的中心的投影点h1、h2、h3、…、hm，第一大联接板(383)上的M个铰制孔螺栓安装孔的中心的投影点H1、H2、H3、…、HM，第一转动副(34)的转动中心的中点的投影点P1；

S4：第一个加强杆的安装位置的确定方法是：连接投影点P1与H1，在第一小联接板(381)上编号为1、2、3、…、(m-1)/2的铰制孔螺栓安装孔中选择其中心的投影h1、h2、h3、…、h(m-1)/2与连线P1H1距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第一个加强杆的一端的安装孔，设编号为J，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1H1距离相同，则选择编号小的一个，第一个加强杆的另一端安装在第一大联接板(383)的编号为1的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第一个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装；

第二个加强杆安装位置的确定方法是：设K=(M+1)/2，连接投影点P1与HK，在第一小联接板(381)上编号为J+1、J+2、J+3、…、(m+1)/2的铰制孔螺栓安装孔中选择其中心的投影h(J+1)、h(J+2)、h(J+3)、…、h(m+1)/2与连线P1HK距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第二个加强杆的一端的安装孔，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1HK距离相同，则任选一个，第二个加强杆的另一端安装在第一大联接板(383)的编号为K的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第二个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装；

第三个加强杆安装位置的确定方法是：设K=(m+1)/2，连接投影点P1与HM，在第一小联接板(381)上编号为K+1、K+2、K+3、…、m的孔中选择其中心的投影h(K+1)、h(K+2)、h(K+3)、…、hm与连线P1HM距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第三个加强杆的一端的安装孔，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1HM距离相同，则选择编号大的一个，第三个加强杆的另一端安装在第一大联接板(383)的编号为M的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第三个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装。