CN110216658A - 一种具有四支链的五自由度并联加工机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有四支链的五自由度并联加工机器人，包括：动平台和定平台；结构相同的第一、第二支链，第一、第二支链分别通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与机架相连，且分别通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与动平台相连；包括主子支链和副子支链的第三支链；第四支链，第四支链通过转动副与动平台相连，且通过至少两个彼此轴线相交的转动副与定平台相连，第一、第二、第三和第四支链与定平台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五自由度并联加工机器人可实现动平台的三个转动自由度和两个移动自由度，使具有该机器人的加工装备可实现至少五轴的联动加工功能。

Description

一种具有四支链的五自由度并联加工机器人

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

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。

针对以上应用需求，设计一款具有五轴联动加工能力的机器人是满足所述要求的一种有效途径。针对含异型孔或空间自由曲面结构的复杂零件，该加工机器人可以通过五轴联动实现精密加工；针对大型结构件，可以通过在大型结构件上移动加工突破固有思维，实现“蚂蚁噬骨”式的“小”机床加工“大”工件的工程突破；针对大型设备的维修，可以通过模块化便携式设计实现加工机器人的快速拆装、运输，将加工机器人投放至大型设备故障现场进行修复。

传统的加工机器人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。本发明密切结合复杂零部件和大型结构件加工以及大型设备异地维修等技术领域对移动便携式高性能多轴联动加工装备的迫切需求，提出一种具有四支链的五自由度并联加工机器人。

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，本发明的一个目的是为复杂零部件和大型结构件加工以及大型设备异地维修提供更好的原理构型及解决方案，提出一种可实现移动、便携式功能的具有四支链的五自由度并联加工机器人，使得具有该机器人的加工装备可实现至少五轴的联动加工功能。

根据本发明实施例的具有四支链的五自由度并联加工机器人，包括：用于安装执行器的动平台和定平台；连接所述动平台和所述定平台的第一、第二支链，所述第一、第二支链结构相同，所述第一、第二支链分别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，且分别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；连接所述动平台和所述定平台的第三支链，所述第三支链包括主子支链和副子支链，所述主子支链通过三个彼此轴线垂直相交的转动副与所述动平台相连，且通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与所述定平台相连，所述副子支链与所述主子支链通过转动副相连，所述副子支链与所述定平台通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副相连；连接所述动平台和所述定平台的第四支链，所述第四支链通过转动副与所述动平台相连，且通过至少两个彼此轴线相交的转动副与所述定平台相连，其中，所述第一、第二、第三和第四支链与所述定平台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，沿所述定平台的周向，所述第一、第二、第三和第四支链按照所述第一支链、所述第三支链、所述第四支链和所述第二支链的顺序布置，所述第四支链的至少与所述动平台相连的一端设置有加强结构，所述第一、第二支链分别沿所述定平台向所述动平台的方向的构型为UPS、SPU或URPU，所述主子支链沿所述定平台向所述动平台的方向的构型为UPS，所述副子支链沿所述定平台向所述动平台的方向的构型为UPR，所述第四支链沿所述定平台向所述动平台的方向的构型为UPR，其中，U表示两个彼此轴线垂直相交的转动副，R表示转动副，S表示球副，P表示绕杆的转动副。

根据本发明实施例的五自由度并联加工机器人可以通过四支链实现动平台的三个转动自由度和两个移动自由度，变形性好，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，根据本发明上述实施例的五自由度并联加工机器人还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，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定平台相连；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定平台相连，其中所述第一杆沿所述第一套筒可移动和可转动。

进一步地，五自由度并联加工机器人还包括：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。

根据本发明的一些实施例，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定平台相连；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定平台相连，其中所述第一杆沿所述第一套筒可移动；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。

可选地，五自由度并联加工机器人还包括：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，所述定平台上设有第一固定环，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。

根据本发明的一些实施例，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轴线彼此垂直相交的三个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两个转动副与所述定平台相连；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定平台相连，其中所述第二杆沿所述第二套筒可移动；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，所述定平台上设有第二固定环，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。

可选地，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两个转动副与所述定平台相连；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定平台相连，其中所述第三杆沿所述第三套筒可移动；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，所述定平台上设有第三固定环，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。

进一步地，五自由度并联加工机器人还包括：第二转动件，所述第二转动件上设有垂直的第三枢轴和第四枢轴，所述第三枢轴与所述动平台可转动地相连；第二U形连接件，所述第二U形连接件的两个支腿与所述第四枢轴可转动地相连，所述第二杆与所述第二U形连接件可转动地相连；第三U形连接件，所述第三杆的一端通过所述第三U形连接件的两个支腿与所述第二杆可转动地相连。

可选地，所述定平台包括：框体，所述动平台间隔设置在所述定平台的轴向一侧；固定架，固定架与所述框体相连且包括朝向所述动平台所在的一侧延伸的第一固定部和背向所述动平台所在的一侧延伸的第二固定部，所述第二固定环与所述第一固定部相连，所述第三固定环与所述第二固定部相连。

根据本发明的一些实施例，所述第四支链包括：第四杆，所述第四杆的一端通过转动副与所述动平台相连，所述第四杆的另一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述定平台相连；第四套筒，所述第四套筒套设在所述第四杆的外部，所述第四套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述定平台相连，其中所述第四杆沿所述第四套筒可移动；第四套环，所述第四套环套设在所述第四套筒的外部且所述第四套筒通过转动副与所述第四套环相连，所述定平台上设有第四固定环，所述第四套环设在所述第四固定环内且二者同心，所述第四套环与所述第四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是根据本发明一些可选实施例的五自由度并联加工机器人的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的五自由度并联加工机器人的第一支链、定平台和动平台的爆炸示意图；

图3是根据本发明另一个实施例的五自由度并联加工机器人的第一支链、定平台和动平台的爆炸示意图。

附图标记：

五自由度并联加工机器人100；

定平台10；框体110；固定架120；第一固定部121；第二固定部122；

第一固定环11；第二固定环12；第三固定环13；第四固定环14；

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；第二转动连接件514；第二U形连接件515；副子支链52；第三杆521；第三套筒522；第三套环523；第三U形连接件525；

第四支链70；第四杆71；第四套筒72；第四套环73；加强结构710。

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3描述根据本发明第一方面实施例的具有四支链的五自由度并联加工机器人100。

如图1至图3所示，根据本发明实施例的五自由度并联加工机器人100可包括：定平台10、动平台20、第一支链30、第二支链40、第三支链50和第四支链70，动平台10可以用于安装执行器。

具体而言，第一支链30通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与定平台10相连，第一支链30通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与动平台20相连。

参照一些实施例，第一支链30与定平台10的连接处之间可设有两个或三个转动副，当第一支链30与定平台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与定平台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与定平台10之间的第三个转动副。

继续参照图1至图3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定平台10相连，并且，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。

如图1所示，第三支链50包括主子支链51和副子支链52，其中主子支链51通过三个彼此轴线垂直相交的转动副与动平台20相连，主子支链51通过至少两个彼此轴线相交的转动副与定平台10相连。副子支链52与主子支链51通过转动副相连，副子支链52与定平台10通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副相连。

第一支链30、第二支链40、第三支链50和第四支链70分别连接于定平台10和动平台20，并且第一支链30、第二支链40、第三支链50和第四支链70与定平台10和动平台20共同构成空间并联机构，以使动平台20实现三个转动自由度和两个移动自由度。

根据本发明实施例的具有四支链的五自由度并联加工机器人100，通过设置定平台10、动平台20、第一支链30、第二支链40、第三支链50和第四支链70，第一支链30和定平台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和副子支链52，主子支链51通过三个转动副与动平台20相连，主子支链51与定平台10通过两个转动副相连，副子支链52与定平台10通过至少两个转动副相连，副子支链52与主子支链51通过转动副相连。

由此，根据发明实施例的五自由度并联加工机器人100可以采用四个支链的结构形式构成空间五自由度闭环机构，通过五个输入驱动控制动平台20的输出运动，可以实现三个转动自由度和两个移动自由度。采用四个支链的结构形式实现五个自由度(三转两移)的输出运动是该机构区别于其它同类机构的一个显著特点，其动平台20可实现较大的转动输出能力是该机构的一个突出优点；同时，该五自由度并联加工机器人100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。

上述通过四支链实现五自由度的结构在工作过程中支链的干涉比具有四支链的五自由度并联加工机器人小。这里，“干涉”可以理解为支链之间互相“打架”。因此，根据发明实施例的五自由度并联加工机器人100比五个支链实现五个自由度的并联机器人工作空间大，输出转动能力更强。

此外，上述通过四支链实现五自由度的结构在工作过程中，支链对动平台20的支撑点比具有三支链的五自由度并联加工机器人多，可以更好地保证动平台的稳定性。因此，上述具有四支链的五自由度并联加工机器人100比三个支链实现五个自由度的并联机器人刚度更大，输出精度更高。

为便于描述，假设U表示两个彼此轴线垂直相交的转动副，R表示转动副，S表示球副，P表示绕杆的移动副。结合本发明的一些实施例，可选地，第一支链30分别沿定平台10向动平台20的方向的构型为UPS、SPU或URPU；可选地，第二支链40分别沿定平台10向动平台20的方向的构型为UPS、SPU或URPU；可选地，主子支链51沿定平台10向动平台20的方向的构型为UPS；可选地，副子支链52沿定平台10向动平台20的方向的构型为UPR；可选地，第四支链70沿定平台10向动平台20的方向的构型为UPR。

具有这些构型的五自由度并联加工机器人100均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，比五个支链实现五个自由度的并联机器人工作空间大，输出转动能力更强；同时比比三个支链实现五个自由度的并联机器人刚度更大，输出精度更高。

下面参考图1至图3进一步详细描述根据本发明具体实施例的具有五自由度的五自由度并联加工机器人100。

参照图1和图2所示，根据本发明的一些具体实施例，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定平台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定平台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的与定平台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与定平台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与定平台10之间通过三个彼此垂直相交的转动副相连，第一杆31相对定平台10的转动效果好。

进一步地，如图1所示，第一支链30和第二支链40还分别包括第一套环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，定平台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固定在定平台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分别与定平台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与定平台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与定平台10之间的三个轴线彼此相交的转动副也可以由球铰代替。

如图1所示，可选地，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。

换言之，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。

当然，本发明的结构不限于此，还可以存在一些变形结构，在此参照图1和图3进行描述。可选地，在本发明的另一些具体实施例中，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定平台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定平台10相连，其中第一杆31沿第一套筒32可移动。

由此，第一套筒32套设在第一杆31的外部，第一杆31与定平台10之间通过第一套筒32连接，第一套筒32与定平台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，第一杆31与定平台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1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，定平台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11固定在定平台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分别与定平台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与定平台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与定平台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1和图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。

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两个转动副与定平台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定平台10相连，其中第二杆511沿第二套筒512可移动。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，定平台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与定平台10之间构成两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，主子支链51与定平台10之间的两个轴线彼此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的一个实施例：

如图1所示，根据本发明的一个实施例，第三支链50中的副子支链52包括第三杆521和第三套筒522。

其中，第三杆521的一端通过转动副与第二杆511相连，第三杆521的另一端通过彼此相交的两个转动副与定平台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定平台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与定平台10间通过两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1所示的实施例，副子支链52还可包括第三套环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，定平台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。由此，第三固定环13固定在定平台10上，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，。如图1所示，副子支链52还分别包括第三U形连接件525。第三U形连接件525的两个支腿与第二杆511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，

可选地，副子支链52与定平台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。

参照图1所示，根据本发明的一些实施例，五自由度并联加工机器人100还可以包括第二转动件514、第二U形连接件515和第三U形连接件。第二转动件514上设有垂直的第三枢轴和第四枢轴，第三枢轴与动平台20可转动地相连。第二U形连接件515的两个支腿与第四枢轴可转动地相连。第二杆511与第二U形连接件515可转动地相连。第三杆521的一端通过第三U形连接件525的两个支腿与第二杆511可转动地相连。由此，五自由度并联加工机器人100的整体稳定性更高，变形能力更强。

根据本发明的一些实施例，参照图1所示，定平台10可包括：框体110和固定架120，动平台20间隔设置在定平台10的轴向一侧，固定架120与框体110相连，并且包括朝向动平台20所在的一侧延伸的第一固定部121和背向动平台20所在的一侧延伸的第二固定部122。也就是说，第一固定部121和第二固定部122分别向定平台10的轴向两侧凸出，并且第一固定部121与动平台20位于同一侧。第二固定环12与第一固定部121相连，第三固定环13与第二固定部122相连。由此，五自由度并联加工机器人100的整体稳定性更高，变形能力更强。

可选地，参照图1所示，第四支链70包括：第四杆71、第四套筒72和第四套环73。第四杆71的一端通过转动副与动平台20相连，第四杆71的另一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与定平台10相连。第四套筒72套设在第四杆71的外部，第四套筒72通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与定平台10相连。第四杆71沿第四套筒72可移动。第四套环73套设在第四套筒72的外部且第四套筒72通过转动副与第四套环73相连，定平台10上设有第四固定环14，第四套环73设在第四固定环13内且二者同心，第四套环73与第四固定环14之间通过转动副相连。上述结构的变形性好。

如图1所示，可选地，沿定平台10的周向，第一支链30、第二支链40、第三支链50和第四支链70可以按照第一支链30、第三支链40、第四支链70和第二支链40的顺序布置。第四支链70的至少与动平台20相连的一端设置有加强结构710。本发明的设计者发现，对于上述四支链实现五自由度的结构而言，在第一支链30处，特别是第四支链70与动平台20相连的部位容易损坏。有鉴于此，本发明的设计者在第四支链70的至少与动平台20相连的一端设有加强结构710，可以提高第四支链70的承力能力，从而提高五自由度并联加工机器人100的整体可靠性。

可选地，加强结构710包括但不限于为加强筋或者加强凹槽等结构。在第四支链70包括第四杆71的实施例中，加强机构710可以设置在第四杆71上，加强效果好。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”、“具体示例”、或“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 (10)

1.一种具有四支链的五自由度并联加工机器人，其特征在于，包括：

用于安装执行器的动平台和定平台；

连接所述动平台和所述定平台的第一、第二支链，所述第一、第二支链结构相同，所述第一、第二支链分别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，且分别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；

连接所述动平台和所述定平台的第三支链，所述第三支链包括主子支链和副子支链，所述主子支链通过三个彼此轴线垂直相交的转动副与所述动平台相连，且通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副与所述定平台相连，所述副子支链与所述主子支链通过转动副相连，所述副子支链与所述定平台通过至少两个彼此轴线垂直相交的转动副相连；

连接所述动平台和所述定平台的第四支链，所述第四支链通过转动副与所述动平台相连，且通过至少两个彼此轴线相交的转动副与所述定平台相连，其中，所述第一、第二、第三和第四支链与所述定平台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，沿所述定平台的周向，所述第一、第二、第三和第四支链按照所述第一支链、所述第三支链、所述第四支链和所述第二支链的顺序布置，所述第四支链的至少与所述动平台相连的一端设置有加强结构，

所述第一、第二支链分别沿所述定平台向所述动平台的方向的构型为UPS、SPU或URPU，

所述主子支链沿所述定平台向所述动平台的方向的构型为UPS，

所述副子支链沿所述定平台向所述动平台的方向的构型为UPR，

所述第四支链沿所述定平台向所述动平台的方向的构型为UPR，

其中，U表示两个彼此轴线垂直相交的转动副，R表示转动副，S表示球副，P表示绕杆的移动副。

2.根据权利要求1所述的具有四支链的五自由度并联加工机器人，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定平台相连；

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定平台相连，其中所述第一杆沿所述第一套筒可移动和可转动；

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。

3.根据权利要求1所述的具有四支链的五自由度并联加工机器人，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定平台相连；

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定平台相连，其中所述第一杆沿所述第一套筒可移动。

4.根据权利要求3所述的具有四支链的五自由度并联加工机器人，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。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的具有四支链的五自由度并联加工机器人，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，所述定平台上设有第一固定环，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。

6.根据权利要求1所述的具有四支链的五自由度并联加工机器人，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轴线彼此垂直相交的三个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两个转动副与所述定平台相连；

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定平台相连，其中所述第二杆沿所述第二套筒可移动；

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，所述定平台上设有第二固定环，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。

7.根据权利要求6所述的具有四支链的五自由度并联加工机器人，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两个转动副与所述定平台相连；

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定平台相连，其中所述第三杆沿所述第三套筒可移动；

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，所述定平台上设有第三固定环，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。

8.根据权利要求7所述的具有四支链的五自由度并联加工机器人，其特征在于，还包括：

第二转动件，所述第二转动件上设有垂直的第三枢轴和第四枢轴，所述第三枢轴与所述动平台可转动地相连；

第二U形连接件，所述第二U形连接件的两个支腿与所述第四枢轴可转动地相连，所述第二杆与所述第二U形连接件可转动地相连；

第三U形连接件，所述第三杆的一端通过所述第三U形连接件的两个支腿与所述第二杆可转动地相连。

9.根据权利要求7所述的具有四支链的五自由度并联加工机器人，其特征在于，所述定平台包括：

框体，所述动平台间隔设置在所述定平台的轴向一侧；

固定架，固定架与所述框体相连且包括朝向所述动平台所在的一侧延伸的第一固定部和背向所述动平台所在的一侧延伸的第二固定部，所述第二固定环与所述第一固定部相连，所述第三固定环与所述第二固定部相连。

10.根据权利要求1所述的具有四支链的五自由度并联加工机器人，其特征在于，所述第四支链包括：

第四杆，所述第四杆的一端通过转动副与所述动平台相连，所述第四杆的另一端通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述定平台相连；

第四套筒，所述第四套筒套设在所述第四杆的外部，所述第四套筒通过彼此轴线垂直相交的两个转动副与所述定平台相连，其中所述第四杆沿所述第四套筒可移动；

第四套环，所述第四套环套设在所述第四套筒的外部且所述第四套筒通过转动副与所述第四套环相连，所述定平台上设有第四固定环，所述第四套环设在所述第四固定环内且二者同心，所述第四套环与所述第四固定环之间通过转动副相连。