CN107553470B - 具有五自由度的并联机构及其拓展多轴联动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有五自由度的并联机构，包括：机架；动平台；第一支链，第一支链通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与机架相连，第一支链通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与动平台相连；第二支链，第二支链与第一支链结构相同；第三支链，第三支链包括主子支链和两个副子支链；第一支链、第二支链和第三支链分别连接于机架和动平台之间，并与机架和动平台共同构成使动平台实现三个转动自由度和两个移动自由度的空间并联机构。根据本发明实施例的具有五自由度的并联机构可拓展成混联的多轴联动装置，可实现对复杂零部件和大型结构件加工以及大型设备异地维修等多轴联动数控加工。

Description

具有五自由度的并联机构及其拓展多轴联动装置

技术领域

本发明涉及机械设计与机械制造技术领域，具体地，本发明涉及一种具有五自由度的并联机构和包含该并联机构的多轴联动装置。

背景技术

相关技术中，在机械设计与制造领域，随着工业水平的发展，机械零部件的服役要求和设计水平不断提高，其加工制造工艺也变得更加严苛和复杂，对现代加工装备提出新的挑战。为了提高加工的转动灵活性、柔顺性、效率和精度，加工装备应具备至少五轴联动的加工能力以及良好的静、动态特性，同时在工况苛刻的条件下要求满足一次装卡五面加工(切削刀具可以从任何方向加工工件而不用更换卡具或重新装夹)的条件。伴随国家重大项目和工程的实施，大型复杂结构件及大型设备已被广泛应用于各关键领域，如航空航天、船舶舰艇、电力设施等，对于此类结构件的加工，“大”机床加工“小”工件的传统思维模式显然不再适用。此外，大型设备后期维修任务将十分艰巨，返厂式维修不但工程浩大、周期漫长而且容易造成二次损坏等。

相关技术中的加工装备多采用串联形式实现，存在误差积累、运动部件质量大等问题。与串联机构不同，并联机构是由两个或多个运动学支链构成的闭环并能够控制终端实现一定输出运动的机构。由于具有结构紧凑、运动部件质量小、刚度高、动态响应特性好、单位重量上承载能力大、易于实现高速运动等优点，并联机构成为模块化设计的理想选择。近年来，少自由度并联机构由于容易实现较大工作空间、便于模块化等特性而越来越受到研究者的重视和青睐，五自由度并联机构是少自由度并联机构中非常重要的一类，但具有实用价值的此类机构的构型综合极具挑战性，也正因如此，五自由度并联机构的成功应用案例极少。目前应用效果最好的五自由度全并联装备是由德国Metrom公司研发的一系列五轴联动装备，如其中的PM1400等。此外，还有基于三自由度并联机构开发的一系列五轴混联加工装备，如Ecospeed、Tricept、Exechon等。

在上述产品取得成功应用的同时，仍存在一些关键技术问题需要解决，如五支链带来的运动学以及结构复杂性、刚度，以及混联装备对摆角头精度的严重依赖性等问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有五自由度的并联机构，本发明还提出一种包含该五自由度的并联机构的混联式多轴联动装置，可实现对复杂零部件和大型结构件加工以及大型设备异地维修等多轴联动数控加工。

根据本发明实施例的具有五自由度的并联机构，包括：机架；动平台；第一支链，所述第一支链通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与所述机架相连，所述第一支链通过至少两个彼此轴线垂直的转动副与所述动平台相连；第二支链，所述第二支链与所述第一支链结构相同，所述第二支链通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与所述机架相连，所述第二支链通过至少两个彼此轴线垂直的转动副与所述动平台相连；第三支链，所述第三支链包括主子支链和两个副子支链，其中所述主子支链与所述动平台通过转动副相连，所述主子支链通过三个彼此轴线相交的转动副与所述机架相连，每个所述副子支链与所述主子支链通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副相连，每个所述副子支链与所述机架通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副相连；其中，所述第一支链、第二支链和第三支链分别连接于机架和动平台之间，并与机架和动平台共同构成以使动平台实现三个转动自由度和两个移动自由度的空间并联机构。

根据本发明实施例的具有五自由度的并联机构可拓展成混联的多轴联动装置，可实现对复杂零部件和大型结构件加工以及大型设备异地维修等多轴联动数控加工。

另外，根据本发明实施例的具有五自由度的并联机构还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述第一支链和所述第二支链均包括：第一杆，所述第一杆的一端依次通过两个转动副与所述动平台相连，所述第一杆的另一端通过彼此轴线相交的三个转动副与所述机架相连；第一套筒，所述第一套筒套设在所述第一杆的外部，所述第一套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连，其中所述第一杆沿所述第一套筒可移动和可转动。

根据本发明的一个实施例，所述第一支链和第二支链还包括：第一转动件，所述第一转动件上设有垂直的第一枢轴和第二枢轴，所述第一枢轴与所述动平台可转动地相连；第一U形连接件，所述第一U形连接件的两个支腿与所述第二枢轴可转动地相连，所述第一杆与所述第一U形连接件固定相连。

根据本发明的另一个实施例，所述第一支链和所述第二支链均包括：第一杆，所述第一杆的一端依次通过三个转动副与所述动平台相连，所述第一杆的另一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连；第一套筒，所述第一套筒套设在所述第一杆的外部，所述第一套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连，其中所述第一杆沿所述第一套筒可移动。

根据本发明的另一个实施例，所述第一支链和第二支链还包括：第一转动件，所述第一转动件上设有垂直的第一枢轴和第二枢轴，所述第一枢轴与所述动平台可转动地相连；第一U形连接件，所述第一U形连接件的两个支腿与所述第二枢轴可转动地相连，所述第一杆与所述第一U形连接件可转动地相连。

根据本发明的一个实施例，所述第一支链和第二支链还包括第一套环，所述第一套环套设在所述第一套筒的外部且所述第一套筒通过转动副与所述第一套环相连，所述机架上设有第一固定环，所述第一套环设在所述第一固定环内且二者同心，所述第一套环与所述第一固定环之间通过转动副相连。

根据本发明的一个实施例，所述第三支链中的所述主子支链包括：第二杆，所述第二杆的一端通过转动副与所述动平台相连，所述第二杆的另一端通过彼此轴线相交的三个转动副与所述机架相连；第二套筒，所述第二套筒套设在所述第二杆的外部，所述第二套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连，其中所述第二杆沿所述第二套筒可移动和转动；第二套环，所述第二套环套设在所述第二套筒的外部且所述第二套筒通过转动副与所述第二套环相连，所述机架上设有第二固定环，所述第二套环设在所述第二固定环内且二者同心，所述第二套环与所述第二固定环之间通过转动副相连。

根据本发明的一个实施例，所述第三支链中的每个所述副子支链均包括：第三杆，所述第三杆的一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述第二杆相连，所述第三杆的另一端通过彼此轴线相交的三个转动副与所述机架相连；第三套筒，所述第三套筒套设在所述第三杆的外部，所述第三套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连，其中所述第三杆沿所述第三套筒可移动和可转动。

根据本发明的一个实施例，所述第三支链中的每个所述副子支链均包括：第三杆，所述第三杆的一端通过彼此轴线相交的三个转动副与所述第二杆相连，所述第三杆的另一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连；第三套筒，所述第三套筒套设在所述第三杆的外部，所述第三套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连，其中所述第三杆沿所述第三套筒可移动。

根据本发明的一个实施例，所述第三支链中的每个所述副子支链还包括第三套环，所述第三套环套设在所述第三套筒的外部且所述第三套筒通过转动副与所述第三套环相连，所述机架上设有第三固定环，所述第三套环设在所述第三固定环内且二者同心，所述第三套环与所述第三固定环之间通过转动副相连。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的具有五自由度的并联机构的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的具有五自由度的并联机构另一个视角的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的具有五自由度的并联机构的第一支链、机架和动平台的爆炸示意图；

图4是根据本发明另一个实施例的具有五自由度的并联机构的第一支链、机架和动平台的爆炸示意图；

图5是根据本发明一个实施例的具有五自由度的并联机构的副子支链、机架和动平台的爆炸示意图；

图6是根据本发明另一个实施例的具有五自由度的并联机构的副子支链、机架和动平台的爆炸示意图；

图7是根据本发明再一个实施例的具有五自由度的并联机构的结构示意图；

图8是根据本发明再一个实施例的具有五自由度的并联机构的一种结构的第一支链、机架和动平台的爆炸示意图；

图9是根据本发明再一个实施例的具有五自由度的并联机构的第一支链、机架和动平台的另一种结构的爆炸示意图；

图10是根据本发明一个实施例的多轴联动装置；

图11是根据本发明另一个实施例的多轴联动装置；

图12是根据本发明再一个实施例的多轴联动装置。

附图标记：

具有五自由度的并联机构100；

机架10；

第一固定环11；第二固定环12；第三固定环13；

动平台20；

第一支链30；第一杆31；第一套筒32；第一转动件33；第一U形连接件34；第一套环35；

第二支链40；

第三支链50；主子支链51；第二杆511；第二套筒512；第二套环513；副子支链52；第三杆521；第三套筒522；第三套环523；第三转动件524；第三U形连接件525；

多轴联动装置600；

框架结构61；落地支架62；回转台63；悬臂梁64；滑块66；滑轨67。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1至图9描述根据本发明第一方面实施例的具有五自由度的并联机构100。

如图1至图9所示，根据本发明实施例的具有五自由度的并联机构，包括：机架10、动平台20、第一支链30、第二支链40和第三支链50。

其中，第一支链30通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与机架10相连，第一支链30通过至少两个彼此轴线垂直的转动副与动平台20相连。

具体地，第一支链30与机架10的连接处之间可设有两个或三个转动副，当第一支链30与机架10之间设有两个转动副时，两个转动副的轴线彼此垂直相交，第一支链30关于其中一个转动副转动地同时可关于另一个转动副转动；当第一支链30与机架10之间设有三个转动副时，三个转动副的轴线彼此相交，第一支链30绕其中心轴线转动可形成第一支链30与机架10之间的第三个转动副。

继续参照图1至图9所示，第一支链30与动平台10的连接处之间可设有两个或三个转动副，当第一支链30与动平台10之间设有两个转动副时，两个转动副的轴线彼此垂直，第一支链30关于其中一个转动副转动地同时可关于另一个转动副转动；当第一支链30与动平台10之间设有三个转动副时，第一支链30绕其中心轴线转动可形成第一支链30与动平台10之间的第三个转动副。

第二支链40与第一支链30结构相同，第二支链40通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与机架10相连，第二支链40通过至少两个彼此轴线垂直的转动副与动平台20相连。

第三支链50包括主子支链51和两个副子支链52，其中主子支链51与动平台20通过转动副相连，主子支链51通过三个彼此轴线相交的转动副与机架10相连。每个副子支链52与主子支链51通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副相连，每个副子支链52与机架10通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副相连。换言之，每个副子支链52与主子支链51之间通过两个或三个转动副相连，每个副子支链52与机架10之间通过两个或三个转动副相连。

第一支链30、第二支链40和第三支链50分别连接于机架10和动平台20之间，并与机架10和动平台20共同构成以使动平台20实现三个转动自由度和两个移动自由度的空间并联机构。

根据本发明实施例的具有五自由度的并联机构100，通过设置机架10、动平台20、第一支链30、第二支链40和第三支链50，第一支链30和机架10通过至少两个转动副连接，第一支链30和动平台20通过至少两个转动副连接，第二支链40结构与第一支链30结构相同，第三支链50包括主子支链51和两个副子支链52，主子支链51通过转动副与动平台20相连，主子支链51与机架10通过三个转动副相连，每个副子支链52与机架10通过至少两个转动副相连，每个副子支链52与动平台20通过至少两个转动副相连。由此，使动平台20实现三个转动自由度和两个移动自由度。

下面参考图1至图9详细描述根据本发明具体实施例的具有五自由度的并联机构100。

下面描述根据本发明的第一支链30和第二支链40的一个实施例：

如图1至图3所示，第一支链30和所述第二支链40均包括第一杆31和第一套筒32。其中，第一杆31的一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与动平台20相连，第一杆31的另一端通过彼此轴线相交的三个转动副与机架10相连。第一套筒32套设在第一杆31的外部，第一套筒32通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与机架10相连，其中第一杆31沿第一套筒32可移动和可转动。

具体地，第一套筒32套设在第一杆31的与机架10连接处的外部，第一杆31可沿第一套筒32的延伸方向移动，并且可沿第一套筒32的中心轴转动，第一套筒32的中心轴与第一杆31的中心轴同轴设置，第一套筒32与机架10之间通过两个彼此轴线垂直相交的转动副相连，由此，第一杆31与机架10之间通过三个彼此垂直相交的转动副相连，第一杆31相对机架10的转动效果好。

进一步地，如图3所示，第一支链30和第二支链40还包括第一套环35，第一套环35套设在第一套筒32的外部且第一套筒32通过转动副与第一套环35相连，机架10上设有第一固定环11，第一套环35设在第一固定环11内且二者同心，第一套环35与第一固定环11之间通过转动副相连。第一杆31相对第一套筒32可转动，第一套筒32与第一套环35之间形成转动副，第一套环35与第一固定环11形成转动副，第一固定环11固定在机架10上，由此，通过设置第一套环35和第一固定环11，使第一支链30和第二支链40分别与机架10之间形成三个轴线彼此相交的转动副，并且结构简单，拆装方便，转动效果好。

可选地，第一支链30与机架10之间的三个轴线彼此相交的转动副可以由球铰代替，第二支链40与机架10之间的三个轴线彼此相交的转动副可以由球铰代替。

如图3所示，第一支链30和第二支链40还包括第一转动件33和第一U形连接件34。其中，第一转动件33上设有垂直相交的第一枢轴和第二枢轴，第一枢轴与动平台20可转动地相连。第一U形连接件34的两个支腿与第二枢轴可转动地相连，第一杆31与第一U形连接件34固定相连。

具体而言，第一U型连接件34与第一杆31固定连接，第一U型连接件34上设有两个支腿，两个支腿与第一转动件33可转动地相连，两个支腿相对第一转动件33转动时所绕的轴线为第二枢轴，第一转动件33与动平台20可转动地相连，第一转动件33相对动平台20转动时所绕的转动轴为第一枢轴，第一枢轴与动平台20的中心轴线垂直相交，并且第一枢轴与第二枢轴彼此垂直相交。由此，通过设置第一转动件33和第一U形连接件34，使得第一杆31与动平台20之间形成两个轴线垂直相交的转动副，转动效果好。

可选地，第一支链30与动平台20之间的两个轴线彼此垂直相交的转动副可以由虎克铰代替，第二支链40与动平台20之间的两个轴线彼此垂直相交的转动副可以由虎克铰代替。

下面描述根据本发明的第一支链30和第二支链40的另一个实施例：

参照图1、图2和图4所示的实施例，第一支链30和第二支链40均包括第一杆31和第一套筒32。其中，第一杆31的一端通过彼此轴线相交的三个转动副与动平台20相连，第一杆31的另一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与机架10相连。第一套筒32套设在第一杆31的外部，第一套筒32通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与机架10相连，其中第一杆31沿第一套筒32可移动。

具体而言，第一套筒32套设在第一杆31的外部，第一杆31与机架10之间通过第一套筒32连接，第一套筒32与机架10之间通过彼此轴线垂直相交的两个转动副相连，第一杆31相对第一套筒32可移动不能转动，由此，第一杆31与机架10之间形成有两个轴线彼此垂直相交的转动副，转动效果好。

进一步地，如图4所示，第一支链30和第二支链40还包括第一套环35，第一套环35套设在第一套筒32的外部且第一套筒32通过转动副与第一套环35相连，机架10上设有第一固定环，第一套环35设在第一固定环内且二者同心，第一套环35与第一固定环之间通过转动副相连。第一杆31相对第一套筒32不可转动，第一套筒32与第一套环35之间形成转动副，第一套环35与第一固定环形成转动副，第一固定环固定在机架10上，由此，通过设置第一套环35和第一固定环，使第一支链30和第二支链40分别与机架10之间形成两个轴线彼此垂直相交的转动副，并且结构简单，拆装方便，转动效果好。

可选地，第一支链30与机架10之间的两个轴线彼此垂直相交的转动副可以由虎克铰代替，第二支链40与机架10之间的两个轴线彼此垂直相交的转动副可以由虎克铰代替。

继续参照图4所示的实施例，第一支链30和第二支链40还包括第一转动件33和第一U形连接件34。其中，第一转动件33上设有垂直相交的第一枢轴和第二枢轴，第一枢轴与动平台20可转动地相连。第一U形连接件34的两个支腿与第二枢轴可转动地相连，第一杆31与第一U形连接件34可转动地相连。

具体而言，第一杆31相对第一U形连接件34可转动，转动轴线与第一杆31的中心轴同轴设置，第一U形连接件34上设有两个支腿，两个支腿与第一转动件33可转动地相连，两个支腿相对第一转动件33转动时所绕的轴线为第二枢轴，第一转动件33与动平台20可转动地相连，第一转动件33相对动平台20转动时所绕的转动轴为第一枢轴，第一枢轴与动平台的中心轴线垂直相交，并且第一枢轴与第二枢轴彼此垂直相交。由此，通过设置第一转动件33和第一U形连接件34，使得第一杆31与动平台20之间形成三个轴线彼此相交的转动副，转动效果好。

可选地，第一支链30与动平台20之间的三个轴线彼此相交的转动副可以由球铰代替，第二支链40与动平台20之间的三个轴线彼此相交的转动副可以由球铰代替。

值得说明的是，上述两个实施例中第一转动件33的第一枢轴与动平台20的中心轴线垂直相交设置，根据本发明的再一个实施例，如图7、图8和图9所示，第一转动件33的第一枢轴还可以与动平台20的中心轴线重合设置，也就是说第一转动件33可套设在动平台20的外部，第一转动件33与动平台20同轴设置，并且第一转动件33相对动平台20可转动。

下面描述关于根据本发明的第三支链50中的主子支链51的一个实施例：

如图1和图2所示，第三支链50中的主子支链51包括：第二杆511、第二套筒512和第二套环513。

其中，第二杆511的一端通过转动副与动平台20相连，第二杆511的另一端通过彼此轴线相交的三个转动副与机架10相连。第二套筒512套设在第二杆511的外部，第二套筒512通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与机架10相连，其中第二杆511沿第二套筒512可移动和转动。第二套环513套设在第二套筒512的外部且第二套筒512通过转动副与第二套环513相连，机架10上设有第二固定环12，第二套环513设在第二固定环12内且二者同心，第二套环513与第二固定环12之间通过转动副相连。由此，第二杆511与机架10之间构成三个轴线彼此相交的转动副，并且结构简单，拆装方便，转动效果好。

可选地，主子支链51与机架10之间的三个轴线彼此相交的转动副可以由球铰代替。

下面描述关于根据本发明的第三支链50中的副子支链52的一个实施例：

如图5所示，根据本发明的一个实施例，第三支链50中的每个副子支链52均包括第三杆521和第三套筒522。

其中，第三杆521的一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与第二杆511相连，第三杆521的另一端通过彼此相交的三个转动副与机架10相连。

第三套筒522套设在第三杆521的外部，第三套筒522通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与机架10相连，其中第三杆521沿第三套筒522可移动和可转动。由此，通过设置第三套筒522，可以实现第三杆521与机架10间通过三个轴线彼此垂直相交的转动副相连，结构简便，拆装方便，转动效果好。

进一步地，继续参照图5所示的实施例，第三支链50中的每个副子支链52还包括第三套环523，第三套环523套设在第三套筒522的外部且第三套筒522通过转动副与第三套环523相连，机架10上设有第三固定环13，第三套环523设在第三固定环13内且二者同心，第三套环523与第三固定环13之间通过转动副相连。副子支链52相对第三套筒522不可转动，第三套筒522与第三套环523之间形成转动副，第三套环523与第三固定环13形成转动副，第三固定环13固定在机架10上，由此，通过设置第三套环523和第三固定环13，使每个副子支链52分别与机架10之间形成三个轴线彼此相交的转动副。

如图5所示，每个副子支链52还分别包括第三转动件524和第三U形连接件525。其中，第三转动件524上设有垂直相交的第一枢转轴和第二枢转轴，第一枢转轴与第二杆511可转动地相连。第三U形连接件525的两个支腿与第二枢转轴可转动地相连，第三杆521与第三U形连接件525固定相连。由此，使得第三杆521与第二杆511之间形成两个轴线垂直的转动副，转动效果好。

可选地，副子支链52与机架10之间的三个轴线彼此相交的转动副可以由球铰代替。副子支链52与第二杆511之间的两个轴线彼此垂直相交的转动副可以由虎克铰代替。

下面描述关于根据本发明的第三支链50中的副子支链52的另一个实施例：

如图6所示，根据本发明的另一个实施例，第三支链50中的每个副子支链52均包括第三杆521和第三套筒522。

其中，第三杆521的一端通过彼此轴线相交的三个转动副与第二杆511相连，第三杆521的另一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与机架10相连。

第三套筒522套设在第三杆521的外部，第三套筒522通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架10相连，其中第三杆521沿第三套筒522可移动。由此，通过设置第三套筒522，可以实现第三杆521与机架10间通过两个轴线彼此垂直相交的转动副相连，转动效果好。

进一步地，继续参照图6所示的实施例，第三支链50中的每个副子支链52还包括第三套环523，第三套环523套设在第三套筒522的外部且第三套筒522通过转动副与第三套环523相连，机架10上设有第三固定环13，第三套环523设在第三固定环13内且二者同心，第三套环523与第三固定环13之间通过转动副相连。每个副子支链52相对第三套筒522可转动，第三套筒522与第三套环523之间形成转动副，第三套环523与第三固定环13形成转动副，第三固定环13固定在机架10上，由此，通过设置第三套环523和第三固定环13，使每个副子支链52分别与机架10之间形成三个轴线彼此相交的转动副。

如图6所示，每个副子支链52还分别包括第三转动件524和第三U形连接件525。其中，第三转动件524上设有垂直相交的第一枢转轴和第二枢转轴，第一枢转轴与第二杆511可转动地相连。第三U形连接件525的两个支腿与第二枢转轴可转动地相连，第三杆521与第三U形连接件525可转动地相连。由此，使得第三杆521与第二杆511之间形成三个轴线彼此垂直相交的转动副，转动效果好。

可选地，副子支链52与机架10之间的两个轴线彼此垂直相交的转动副可以由虎克铰代替。副子支链52与第二杆511之间的三个轴线彼此相交的转动副可以由球铰代替。

其中，需要说明的是，上述的第一支链30和第二支链40的实施例，第三支链50中的主子支链51的实施例，第三支链50中的副子支链52的实施例，可以分别进行排列和组合，即，当选择第一支链30和第二支链40的第一个实施例时，第三支链50中的副子支链52可以选择其的第一个实施例，也可以选择副子支链52的第二个实施例。当选择第一支链30和第二支链40的第二个实施例时，第三支链50中的副子支链52也可以旋转其的第一个或第二个实施例，由此组成完整的具有五自由度的并联机构100。

下面参考图10-图12描述根据本发明第二方面实施例的多轴联动装置600。如图10-图12所示，根据本发明实施例的多轴联动装置600包括安装架和根据本发明第一方面实施例的具有五自由度的并联机构100，所述并联机构100设在所述安装架上，其中所述安装架和所述并联机构100通过串联连接以获得所述五自由度并联机构的动平台多于五轴的联动自由度。

由此，通过将并联机构100设在安装架上，并且使安装架和并联机构100中通过串联连接实现联动，以便使并联机构100的动平台20具有更多个自由度，也就是说，并联机构100的动平台20本身具有五自由度，当其设在安装架上时，可以使并联机构的动平台20具有六自由度、七自由度或者更多个自由度，从而可以使并联机构100的运动更加自如。根据本发明实施例的具有五自由度的并联机构100可拓展成多轴(大于等于六轴)联动的混联结构装置，由此根据本发明实施例的多轴联动装置600可实现对复杂零部件和大型结构件加工以及大型设备异地维修等多轴联动数控加工。

下面参考图10-图12详细描述根据本发明实施例的多轴联动装置600。

根据本发明的一个实施例，如图10所示，该多轴联动装置600包括安装架和根据本发明第一方面实施例的具有五自由度的并联机构100，其中安装架包括：框架结构61和落地支撑架62。其中，框架结构61的拓扑原理取自正二十面体结构。

进一步地，该多轴联动装置600的安装架还包括回转台63，回转台63设在框架结构61下方和落地支撑架62内部，回转台63可围绕竖直轴线转动，且该转动为主动驱动。待加工件可固定在回转台63上，通过回转台63和五自由度的并联机构100配合联动，可以实现动平台20多达六轴的联动自由度，由此，该多轴联动装置600可以实现复杂零部件的多轴联动数控加工。

根据本发明的另一个实施例，如图11所示，该多轴联动装置600包括安装架和根据本发明第一方面实施例的具有五自由度的并联机构100，其中安装架包括：框架结构61、滑块66、滑轨67、悬臂支撑梁64、回转台63。其中，框架结构61和滑块66固定连接，滑块66可沿滑轨67的轨道方向移动，滑轨67固定连接于悬臂支撑梁64上，悬臂支撑梁64设置在回转台63上，回转台63绕竖直方向可转动，回转台63绕竖直方向的转动和滑块66沿滑轨67的移动均为主动驱动。通过上述回转台63的转动、滑块66与滑轨67之间的移动和五自由度的并联机构100配合联动，可以实现动平台20多轴的联动自由度，由此，该多轴联动装置可以实现大型环状结构件(如图11中法兰结构件)的加工维修等多轴联动数控操作。

根据本发明的再一个实施例，如图12所示，该多轴联动装置600包括安装架和根据本发明第一方面实施例的具有五自由度的并联机构100，其中安装架包括：框架结构61、落地支撑架62、滑块66和滑轨67。其中，框架结构61的拓扑原理取自球面结构。框架结构61和落地支撑架62固定连接，落地支撑架62底部与滑块66固定连接，滑块66可沿滑轨67的轨道方向移动，且该移动为主动驱动。通过上述滑块66与滑轨67之间的移动和五自由度的并联机构100配合联动，可以实现动平台20多达六轴的联动自由度，该多轴联动装置600具备轻量便携的特点，由此，该多轴联动装置可以实现大型设备异地维修等多轴联动数控加工。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种具有五自由度的并联机构，其特征在于，包括：

机架；

动平台；

第一支链，所述第一支链通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与所述机架相连，所述第一支链通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与所述动平台相连；

第二支链，所述第二支链与所述第一支链结构相同，所述第二支链通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与所述机架相连，所述第二支链通过至少两个彼此轴线垂直的转动副与所述动平台相连；

第三支链，所述第三支链包括主子支链和两个副子支链，其中所述主子支链与所述动平台通过转动副相连，所述主子支链通过三个彼此轴线相交的转动副与所述机架相连，每个所述副子支链与所述主子支链通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副相连，每个所述副子支链与所述机架通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副相连；

其中，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链分别连接于所述机架和所述动平台之间，并与所述机架和所述动平台共同构成使所述动平台实现三个转动自由度和两个移动自由度的空间并联机构。

2.根据权利要求1所述的具有五自由度的并联机构，其特征在于，所述第一支链和所述第二支链均包括：

第一杆，所述第一杆的一端依次通过两个转动副与所述动平台相连，所述第一杆的另一端通过彼此轴线相交的三个转动副与所述机架相连；

第一套筒，所述第一套筒套设在所述第一杆的外部，所述第一套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连，其中所述第一杆沿所述第一套筒可移动和可转动。

3.根据权利要求2所述的具有五自由度的并联机构，其特征在于，还包括：

第一转动件，所述第一转动件上设有垂直的的第一枢轴和第二枢轴，所述第一枢轴与所述动平台可转动地相连；

第一U形连接件，所述第一U形连接件的两个支腿与所述第二枢轴可转动地相连，所述第一杆与所述第一U形连接件固定相连。

4.根据权利要求1所述的具有五自由度的并联机构，其特征在于，所述第一支链和所述第二支链均包括：

第一杆，所述第一杆的一端依次通过三个转动副与所述动平台相连，所述第一杆的另一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连；

第一套筒，所述第一套筒套设在所述第一杆的外部，所述第一套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连，其中所述第一杆沿所述第一套筒可移动。

5.根据权利要求4所述的具有五自由度的并联机构，其特征在于，还包括：

第一转动件，所述第一转动件上设有垂直的第一枢轴和第二枢轴，所述第一枢轴与所述动平台可转动地相连；

第一U形连接件，所述第一U形连接件的两个支腿与所述第二枢轴可转动地相连，所述第一杆与所述第一U形连接件可转动地相连。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的具有五自由度的并联机构，其特征在于，还包括第一套环，所述第一套环套设在所述第一套筒的外部且所述第一套筒通过转动副与所述第一套环相连，所述机架上设有第一固定环，所述第一套环设在所述第一固定环内且二者同心，所述第一套环与所述第一固定环之间通过转动副相连。

7.根据权利要求1所述的具有五自由度的并联机构，其特征在于，所述第三支链中的所述主子支链包括：

第二杆，所述第二杆的一端通过转动副与所述动平台相连，所述第二杆的另一端通过彼此轴线相交的三个转动副与所述机架相连；

第二套筒，所述第二套筒套设在所述第二杆的外部，所述第二套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连，其中所述第二杆沿所述第二套筒可移动和转动；

第二套环，所述第二套环套设在所述第二套筒的外部且所述第二套筒通过转动副与所述第二套环相连，所述机架上设有第二固定环，所述第二套环设在所述第二固定环内且二者同心，所述第二套环与所述第二固定环之间通过转动副相连。

8.根据权利要求7所述的具有五自由度的并联机构，其特征在于，所述第三支链中的每个所述副子支链均包括：

第三杆，所述第三杆的一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述第二杆相连，所述第三杆的另一端通过彼此相交的三个转动副与所述机架相连；

第三套筒，所述第三套筒套设在所述第三杆的外部，所述第三套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连，其中所述第三杆沿所述第三套筒可移动和可转动。

9.根据权利要求7所述的具有五自由度的并联机构，其特征在于，所述第三支链中的每个所述副子支链均包括：

第三杆，所述第三杆的一端通过彼此轴线相交的三个转动副与所述第二杆相连，所述第三杆的另一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连；

第三套筒，所述第三套筒套设在所述第三杆的外部，所述第三套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述机架相连，其中所述第三杆沿所述第三套筒可移动。

10.根据权利要求8或9所述的具有五自由度的并联机构，其特征在于，还包括第三套环，所述第三套环套设在所述第三套筒的外部且所述第三套筒通过转动副与所述第三套环相连，所述机架上设有第三固定环，所述第三套环设在所述第三固定环内且二者同心，所述第三套环与所述第三固定环之间通过转动副相连。

11.一种多轴联动装置，其特征在于，包括

安装架；

根据权利要求1-10中任一项所述的具有五自由度的并联机构，所述并联机构设在所述安装架上，其中所述安装架和所述并联机构通过串联连接构成多轴联动装置以获得所述动平台多于五轴的联动自由度。

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