CN114269520B - 具有多功能刀具定向的并联运动装备 - Google Patents

Abstract

一种并联运动装备(PKM)，包括：支撑平台(17a)、第一支撑连杆组(SL1)、第二支撑连杆组(SL2)和第三支撑连杆组(SL3)，其中第一支撑连杆组(SL1)、第二支撑连杆组(SL2)和第三支撑连杆组(SL3)一共包括至少五个支撑连杆(8、9、10、11、12、13)。该PKM还包括：刀具基座(140)，刀具基座(140)包括轴接头(24、40、41、200、202、262a、262b)、刀具基座轴(19)和刀具平台(17b)。刀具基座轴(19)经由轴接头(24、40、41、200、202、262a、262b)连接到支撑平台(17a)，并且其中刀具平台(17b)和刀具基座轴(19)是刚性地连接的。PKM还包括一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)，每个刀具连杆组包括刀具连杆(26、31，29、32，38)，刀具连杆在一端经由刀具基座接头(25、28、37)连接到刀具基座(140)，而在另一端经由刀具托架接头(27、30、39)连接到被布置成沿着路径运动的托架；并且其中每个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)被配置成通过将各自的刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的运动传递到刀具基座轴(19)，使刀具基座轴(19)围绕至少一个轴线相对于支撑平台(17a)旋转。

Description

具有多功能刀具定向的并联运动装备

技术领域

本公开内容涉及并联运动装备(parallel kinematic machine)的技术领域，并且特别涉及具有定向刀具(tool)能力的并联运动装备。

背景

人们对灵活的操纵器的需求越来越大，这种操纵器可以按比例被放大，从而以高精度作用于非常大的物体，如航空航天部件和长的交通工具。今天使用的操纵器概念是基于串联运动学的，意指非常重的操纵器，其是整体的且不适合模块化和灵活性。这些操纵器的重量也随着如在例如搅拌摩擦焊接、铣削和钻削等加工过程中对高刀具力和高刚度的要求而增加。目前针对用于这些加工过程的重型串联运动操纵器的解决方案不仅导致高的装备成本和安装成本，而且在速度、加速度和可控性方面造成严重限制。多年来，并联运动学作为针对这些问题的解决方案得到了研究，并且洛桑市的EPFL的Mohamed Buouri在ISR2010上发表的论文“The Linear Delta：Developments and Applications(线性三角：发展与应用)”中总结了一些有前景的概念。然而，到目前为止，还没有线性三角能够成功地满足应用需求。一个原因是，要获得由平台所支承的刀具的大倾斜角，唯一的办法是使用安装在平台上的独立腕部(wrist)。这种腕部会增加很大的重量，特别是在需要大的刀具力的应用中，如在材料去除和搅拌摩擦焊接的应用中。此外，这样的腕部将降低刚度，因为它意味着串联运动与线性三角结构的并联运动串联连接。

WO 2005/120780描述了具有倾斜平台的五自由度(DOF)线性并联运动操纵器。线性致动器安装在托架和平台之间的六个并联运动连杆中的两个或三个连杆中。通过改变这些连杆的长度，就有可能使支承刀具的平台倾斜。然而，如果刀具倾斜超过+/-25度，操纵器的刚度将大大降低。在许多应用中，例如搅拌摩擦焊接，有必要获得高达45度的倾斜角，因此需要另一个并联运动学概念。

另一个概念在M Honegger等人的“Adaptive Control of the Hexaglide，a 6dofParallel Manipulator”中有所描述，发表在1997年机器人与自动化会议论文集中。该概念使用六个线性致动器，每个致动器托架和平台之间有一个连杆，目标是对平台的六自由度并联运动学控制，走刀主要用于铣削应用。然而，这种解决方案同样具有倾斜角太小的问题，而且具有六个线性导轨是非常昂贵的概念。

文献CN107081760A描述了基于两个平动并联机构的六自由度(6DOF)机械臂。该臂包括机座、臂主体以及布置在机座上的两个3DOF平移并联机构。臂主体包括近端移动平台和远端移动平台、推杆和尾端致动器。每个移动平台通过具有六个连杆的平动并联机构连接到机座。推杆的一端利用第一旋转接头与近端移动平台可旋转地连接，而推杆的另一端穿透远端移动平台。推杆和远端移动平台通过远端运动副(kinematic pair)连接，远端运动副包括一个线性接头和一个第二旋转接头。近端移动平台和远端移动平台相对于彼此平行移动，并且通过改变第一旋转接头和第二旋转接头之间的距离，推杆将在线性接头中滑动，并获得第六DOF。利用推杆相对于第二旋转接头的滑动运动来控制尾端致动器。以这种方式，描述了可以如何通过连杆装置来打开和关闭夹持器，以及可以如何通过螺杆装置旋转末端执行器。这种机械臂在刚度方面的主要问题是推杆与远端移动平台连杆的连接方式。这些连杆首先通过旋转接头连接到远端移动平台，然后经由远端移动平台连接到推杆，首先经由旋转接头，然后经由线性接头。串联地连接接头将大大降低刚度，并且线性接头使得远端移动平台无法承受推杆中的轴向力。因此，虽然所描述的双PKM解决方案对某些操作应用(例如，如果希望所有的马达都在机座上)是有用的，但CN107081760A的设计对诸如机加工或搅拌摩擦焊接等加工应用(尽管末端执行器上施加了很大的力，但仍需要精度)是没有用的。此外，根据CN107081760A的机械臂的工作空间相对于机械臂结构的体积来说非常小，并且机械臂将非常昂贵，因为机械臂具有在机座处的6个线性致动器、12个连杆、26个旋转接头和1个线性接头。在本公开内容的上下文中寻求替代方案的另一个原因是，CN107081760A中的机械臂不能利用较少的部件工作，即使例如只需要5个自由度，这由于旋转对称走刀是加工应用中最常见的情况。

概述

因此，本公开内容的目的是减轻现有技术的至少一些劣势。本公开内容的另一个目的是提供并联运动装备(PKM)，其对于大的工作范围具有高刚度。另一个目的是提供具有高刀具可及性的PKM。进一步的目的是提供还具有低重量的PKM。

这些目的以及其他目的至少部分地通过根据独立权利要求所述的并联运动装备以及根据从属权利要求的实施例达成。

根据第一方面，本公开内容涉及并联运动装备(PKM)，其包括支撑平台、第一支撑连杆组、第二支撑连杆组和第三支撑连杆组。第一支撑连杆组包括一个或更多个支撑连杆，每个支撑连杆在一端经由第一支撑接头(或关节，joint)连接到支撑平台，并且在另一端经由第一托架接头连接到第一托架。第一托架沿着第一路径是可移动的，并且第一支撑连杆组布置成将第一运动传递到支撑平台。第二支撑连杆组包括一个或更多个支撑连杆，每个支撑连杆在一端经由第二支撑接头连接到支撑平台，并且在另一端经由第二托架接头连接到第二托架。第二托架沿着第二路径是可移动的，并且第二支撑连杆组布置成将第二运动传递到支撑平台。第三支撑连杆组包括一个或更多个支撑连杆，每个支撑连杆在一端经由第三支撑接头连接到支撑平台，并且在另一端经由第三托架接头连接到第三托架。第三托架沿着第三路径是可移动的，并且第三支撑连杆组布置成将第三运动传递到支撑平台。第一支撑连杆组、第二支撑连杆组和第三支撑连杆组一共包括至少五个支撑连杆。PKM还包括刀具基座，刀具基座包括轴接头、刀具基座轴和刀具平台，其中刀具基座轴经由轴接头连接到支撑平台，并且其中刀具平台和刀具基座轴是刚性地连接的。PKM包括一个或更多个刀具连杆组，每个刀具连杆组包括刀具连杆，刀具连杆在一端经由刀具基座接头连接到刀具基座，并且在另一端经由刀具托架接头连接到托架，托架被布置成沿着路径运动。每个刀具连杆组被配置成通过将各自的刀具连杆组的运动传递到刀具基座轴，而使刀具基座轴围绕至少一个轴线相对于支撑平台旋转。

PKM提供高刀具可及性同时也提供了高刚度，通过将轴接头安装在支撑平台上，并连接一个或更多个刀具连杆组(其可以使连接到轴接头的刀具基座轴移动)，使得连接到刀具平台的刀具相对于支撑平台定向。因此，实现了大的并联运动刀具的倾斜。此外，刀具上的力和扭矩将有利地转化和分配成刀具连杆组和支撑连杆中的力，这样PKM将获得高刚度。例如，垂直于刀具的力将有效地被刀具连杆组捕获，从而减小支撑平台上的扭矩，由此减小支撑连杆中的力。刀具方向上的力将由支撑平台承担，因此不会影响刀具连杆组。PKM具有低重量，因为不需要位于支撑平台处的、用于倾斜的致动器。相反，倾斜是由具有相当低重量的连杆组控制的。此外，刀具平台和刀具基座轴是刚性地连接的，从而增强了刀具平台的刚度。

根据一些实施例，刀具平台和刀具基座轴是刚性地连接的，使得刀具平台跟随刀具基座轴的每一次运动。因此，通过刀具连杆组的运动，刀具平台可以有效地控制在两个至三个DOF。

根据一些实施例，刀具平台被布置成将末端执行器附接到刀具平台上。因此，刀具平台为刀具提供基座，并且当刀具附接到刀具平台时，刀具将跟随刀具平台的运动。

根据一些实施例，一个或更多个刀具连杆组中的至少一个被配置为具有可控的可变长度。通过这种方式，在刀具平台上没有任何笨重的腕部致动器的情况下，可以精确地控制刀具平台的定向。当刀具在搅拌摩擦焊接和机加工等应用中承受高的力和/或扭矩时，这一点尤其重要。

根据一些实施例，一个或更多个刀具连杆组包括第一刀具连杆组，第一刀具连杆组包括第一刀具连杆，第一刀具连杆经由第一刀具托架接头连接到第一托架、第二托架和第三托架中的一个，或连接到不同于第一托架、第二托架和第三托架的第四托架，其中，第一刀具连杆组被配置为通过将第一刀具连杆组的运动传递到刀具基座轴，使刀具基座轴围绕第一轴线相对于支撑平台旋转。在具有与刀具连杆连接的、独立的第四托架的情况下，可以使用恒定的刀具连杆长度，并且不需要在刀具连杆上安装致动器。这导致，PKM获得了更低的运动质量，无需将任何笨重的腕部致动器置于刀具平台上。这一优点需要与以下缺点相平衡，即路径的长度需要增加以便为额外的托架腾出空间。

根据一些实施例，一个或更多个刀具连杆组包括第二刀具连杆组，第二刀具连杆组包括第二刀具连杆，第二刀具连杆经由第二刀具托架接头连接到托架，该托架被布置成沿着与第一刀具连杆组的路径不同的路径运动，其中，第二刀具连杆组被配置成通过将第二刀具连杆组的运动额外地传递到刀具基座轴，使刀具基座轴围绕第二轴线相对于支撑平台旋转，第二轴线与第一轴线是不平行的。通过这种方式，刀具平台可以以两个DOF定向，具有低移动质量而无需将任何笨重的腕部致动器置于刀具平台上。两个DOF是在机器人安装中最常见的要求，其中刀具受到高的力和/或扭矩。

根据一些实施例，第二刀具连杆组经由第二刀具托架接头连接到第一托架、第二托架和第三托架中的一个，或者连接到不同于第一托架、第二托架、第三托架和第四托架的第五托架。在具有两个独立的托架的情况下，每个托架连接到刀具连杆，恒定的刀具连杆长度可以用于对刀具平台的两个自由度控制，提供低的运动质量，而不需要将任何笨重的腕部致动器置于刀具平台上。

根据一些实施例，第一刀具连杆组经由第一刀具托架接头连接到第一托架，或者连接到第四托架，第四托架沿着第一路径是可移动的。第二刀具连杆组经由第二刀具托架接头连接到第三托架，或者连接到第五托架，第五托架沿着第三路径是可移动的。第二路径被布置在第一路径与第三路径之间。由此，可以实现刀具平台的大工作范围和高刚度。

根据一些实施例，每个刀具连杆组包括仅一个刀具连杆，并且其中每个刀具连杆被安装在不同的托架上。

根据一些实施例，一个或更多个刀具连杆组安装到刀具基座并与刀具基座轴相关联，使得相对于对刀具平台的定向获得对称工作范围。从而获得了大的对称工作空间。

根据一些实施例，每个刀具连杆组的刀具基座接头刚性地连接到刀具基座的轴。由此，可以增强刀具平台的刚度。

根据一些实施例，每个刀具连杆组的刀具基座接头直接刚性地连接到刀具基座轴或经由刀具平台刚性地连接到刀具基座轴。由此，可以进一步增强刀具平台的刚度。

根据一些实施例，当操纵刀具基座轴的定向时，每个刀具基座接头和轴接头之间的距离是恒定的。这是由于每个刀具基座接头直接刚性地连接到刀基座轴或经由刀具平台刚性地连接到刀具基座轴,这提供高刚度。因此，当操作刀具基座轴时，每个刀具基座接头和轴接头之间的距离不会改变。

根据一些实施例，每个刀具连杆经由旋转轴承连接到刀具基座轴。例如，可以使用球面轴承、圆柱轴承、滚柱轴承。因此，不需要线性轴承来将刀具连杆连接到刀具基座轴，从而可以实现增大的工作空间。

根据一些实施例，第一支撑连杆组、第二支撑连杆组和第三支撑连杆组中的一个或更多个包括两个平行的支撑连杆。以这种方式，可以以以下方式获得支撑平台的运动，即支撑平台的定向将是恒定的。这使得获得刀具平台的更大的对称旋转范围成为可能。这也将使PKM的刚度优化成为可能，因为在整个工作空间中，刀具基座轴和支撑平台之间的角度将被很好地限定，这使得更加容易优化接头在支撑平台上的位置。

根据一些实施例，两个平行的支撑连杆具有相同的长度。这将进一步增加获得关于刀具平台旋转范围和刚度的最佳支撑平台运动的可能性。

根据一些实施例，PKM被配置成以四个、五个或六个DOF移动刀具基座轴。在使用非对称刀具进行全面操纵的应用中，例如在装配应用中，六个DOF将是非常重要的。在使用旋转对称刀具的应用中，例如磨削应用中，五个DOF对提高刚度和降低成本是有利的。至于CNC机床，利用四个DOF机床更有效地执行对一些材料的去除(如铣削)。通过使用这样的三个DOF的可控机械锁定，控制器可以改变配置，例如自动优化完成的刀具刚度。

根据一些实施例，刀具基座包括被配置成操作刀具的致动器，其中致动器附接到刀具平台。刀具平台是刀具与PKM之间的接口结构。在刀具需要相对于刀具平台旋转、振动或以其他方式移动(加工运动)的应用中，需要加工致动器。该致动器将安装在刀具平台上，以便在PKM对刀具平台的控制位置和定向进行控制的同时产生加工运动。

根据一些实施例，轴接头具有两个自由度(DOF)。在大多数应用中，刀具需要以两个DOF定向，那么最有效的解决方案是使用两个DOF的轴接头和两个刀具连杆组。

根据一些实施例，第一支撑连杆组、第二支撑连杆组和第三支撑连杆组被配置成约束支撑平台在至少五个自由度(DOF)上的运动。模拟表明，如果支撑平台的约束小于5个DOF，将不可能获得高的刀具平台刚度。在约束支撑平台的五个DOF的情况下，没有约束的DOF被用于刀具平台的定向控制，其优点是使PKM的连杆总数减少一个。这需要与较低的最大刀具平台刚度进行权衡。

根据一些实施例，第一支撑连杆组、第二支撑连杆组和第三支撑连杆组被配置成以至少三个DOF移动支撑平台。在大多数应用中，以三个DOF控制刀具平台的位置是一个优势，这使得有必要以三个DOF控制支撑平台的位置。

根据一些实施例，轴接头包括万向接头。对于刀具平台的刚度来说，轴接头是至关重要的，并且对于刀具基座轴传递给轴接头的力和扭矩来说，轴接头必须非常坚硬。因此，在轴接头中可能需要具有高刚度的轴承或衬套，这意味着大的轴承表面和万向接头非常适合将大的轴承表面集成到接头结构中。万向接头也非常适合于将传动组件集成到其结构中。

根据一些实施例，刀具基座包括连接刀具基座轴和支撑平台的轴接头传动组件，其中轴接头传动组件布置成增加刀具基座轴的定向范围。这将使增加刀具平台的定向工作范围成为可能。刀具平台的刚度至少对许多材料去除应用来说是足够高的。此外，重量轻的移动结构将使其适用于非常快速的加工(如激光切割，铝材去毛刺和水射流切割)，并且在这些应用中，稍微低一点的刚度是可以接受的。

根据一些实施例，轴接头传动组件包括传动机构，传动机构包括第一支撑臂、由第一支撑臂连接的第一机构轴承和第二机构轴承。轴接头传动组件还包括限定近侧旋转轴线的第一机构轴。第一机构轴承安装在第一机构轴上。第一机构轴与支撑平台是刚性地连接的。轴接头传动组件还包括限定远侧旋转轴线的第二机构轴。第二机构轴承安装在第二机构轴上。轴接头传动组件还包括将第一机构轴连接到第二机构轴的传动连杆组。传动连杆组包括：第一传动接头、第二传动接头和机构连杆。机构连杆经由第一传动接头连接至支撑平台，并经由第二传动接头连接至第二机构轴。第一传动接头和第二传动接头布置在由近侧旋转轴线和远侧旋转轴线限定的平面的不同侧。传动机构被布置成将第一支撑臂围绕近侧旋转轴线的旋转转换为刀具基座轴的围绕远侧旋转轴线沿着与第一支撑臂相同的方向的、相应增强的旋转运动。因此，传动连杆组可以用于以多种方式增强刀具基座轴的旋转运动。

根据一些实施例，传动机构包括第三机构轴承和限定另一远侧旋转轴线的第三机构轴。第三机构轴经由第三机构轴承连接到第一支撑臂。第一支撑臂补充有第二支撑臂。第三机构轴承安装在第一支撑臂上，并且第二机构轴承安装在第二支撑臂上。第二支撑臂安装在第一支撑臂或第三机构轴上。至少一个连杆将第一支撑臂与第二机构轴直接连接，或经由第三机构轴承和第三机构轴将第一支撑臂与第二机构轴连接。因此，可以进一步增强刀具基座轴的旋转运动。

根据一些实施例，轴接头限定第一近侧旋转轴线和垂直于第一近侧旋转轴线的第二近侧旋转轴线。轴接头传动组件包括第一远侧轴和第二远侧轴，第一远侧轴限定第一远侧旋转轴线，第二远侧轴限定与第一远侧旋转轴线垂直的第二远侧旋转轴线。刀具基座轴被布置成随着第一远侧轴围绕第一远侧旋转轴线的运动和第二远侧轴围绕第二远侧旋转轴线的运动而旋转。轴接头传动组件还包括：第一支撑臂，第一支撑臂将轴接头枢转地连接到第一远侧轴和第二远侧轴；第一传动连杆组，其连接在轴接头和第一远侧轴之间，并且第一传动连杆组被布置成将第一支撑臂围绕第一近侧旋转轴线的旋转转换为刀具基座轴的围绕第一远侧旋转轴线的、相应增强的旋转运动。轴接头传动组件还包括连接在轴接头和第二远侧轴之间的第二传动连杆组，第二传动连杆组被布置成将第一支撑臂围绕第二近侧旋转轴线的旋转转换为刀具基座轴的围绕第二远侧旋转轴线的、相应增强的旋转运动。在许多工业应用中，如焊接、磨削和铣削，所实现的增强的旋转运动有利于工件的可达性。

根据一些实施例，第一传动连杆组和第二传动连杆组中的每一个包括一对第一传动接头和第二传动接头、机构连杆和机构杠杆(mechanism lever)。机构连杆在每一端连接到第一传动接头和第二传动接头中的一个。第一传动接头在与第一近侧旋转轴线相距一段距离处连接到轴接头，而第二传动接头经由机构杠杆连接到第一远侧轴或第二远侧轴。每对中的第一传动接头和第二传动接头分别布置在由第一远侧旋转轴线和第一近侧旋转轴线限定的平面的不同侧，或分别布置在由第二远侧旋转轴线和第二近侧旋转轴线限定的平面的不同侧。连接在刀具连杆和刀具平台之间的轴接头传动组件将以最少的部件显著地增加刀具平台的定向范围，使得有可能获得机加工、钻削和磨削等高精度和高刀具力应用所需的高刚度传动。

根据一些实施例，轴接头传动组件包括反铲机构或传动轮。这些增加刀具平台定向范围的机械解决方案可以以紧凑的方式形成，并且可以用于进一步增加刀具平台的定向范围。

根据一些实施例，刀具基座包括支架组件，支架组件经由两个轴枢转地连接到支撑平台，以围绕第一旋转轴线枢转，并且其中反铲机构或传动轮经由输入轴枢转地连接到支架组件，以围绕第二旋转轴线枢转，其中第一旋转轴线垂直于第二旋转轴线。通过这种方法，可以获得紧凑的、高刚度的轴接头传动组件，用于两个DOF大刀具旋转。此外，可以将两个刀具连杆组连接到轴接头传动组件的一个输入杠杆，这在整个工作空间需要高刚度时是有利的。这种解决方案使得获得高刚度和高精度的+/-90度的刀具旋转成为可能，这在例如铣削和磨削的应用中经常是需要的。

根据一些实施例，一个或更多个刀具连杆组经由各自的刀具基座接头和一个或更多个杠杆轴连接到输入轴。这赋予了设计的灵活性，特别是当刚度需要适应工作空间的不同部分时，以及当针对不同的应用需要简单地更换轴接头传动组件时。从刚度的角度来看，最好的解决方案是将刀具连杆组连接到同一输入杠杆轴，但为了获得应用所需的灵活性这并不总是可能的。

根据一些实施例，一个或更多个刀具连杆组的每个刀具基座接头和刀具托架接头具有至少两个自由度。当这些接头实施为两个DOF的万向接头时，可以获得很高的接头刚度和旋转能力。

根据一些实施例，一个或更多个刀具连杆组的每个刀具基座接头和/或每个刀具托架接头具有三个DOF。为了减小这些接头的尺寸，可以使用球窝接头或杆端(rod end)。这些接头的较小尺寸必须与万向接头可能获得的较大的旋转能力进行权衡。

根据一些实施例，一个或更多个刀具连杆组包括第三刀具连杆组，第三刀具连杆组包括第三刀具连杆，其中第三刀具连杆组被配置成通过将第三刀具连杆组的运动额外地传递到刀具基座轴，使刀具基座轴围绕与第一轴线和第二轴线不平行的第三轴线旋转。这样就可以以三个DOF旋转刀具平台。这对于非对称刀具或在需要旋转刀具以增加可及性的应用中是需要的。

根据一些实施例，第三刀具连杆组经由第三刀具托架接头连接到第一托架、第二托架和第三托架中的一个，或者连接到不同于第一托架、第二托架和第三托架的第六托架。这使得有可能以最小的PKM运动质量(臂惯性)在三个DOF中旋转刀具平台，而不需要将任何笨重的腕部致动器置于刀具平台上。

根据一些实施例，第一路径、第二路径和第三路径是平行路径。由此，可以实施在一个方向上非常长的PKM。这对于长物体(如用于火车、轮船、建筑物和飞机的部件)的加工非常重要。

根据一些实施例，每个刀具连杆组的刀具连杆经由刀具托架接头连接到托架，托架被布置成沿着第一路径、第二路径和第三路径中的一个不同路径运动。因此，相同的路径，例如导轨，可以用于移动刀具连杆组和移动支撑连杆组，并且不需要在安装处布置三个以上的导轨。因此，可以降低PKM的成本。此外，由于刀具连杆组通过相互沿着不同的路径的托架是可移动的，所以刀具平台可以旋转到大工作范围内的具有高刚度的位置。因此，被布置成控制刀具(该刀具被布置到刀具平台)的不同旋转自由度的刀具连杆组经由托架接头安装在不同的托架上，该托架被布置成沿着不同的路径移动。

根据一些实施例，PKM包括控制单元，该控制单元被配置为通过控制一个或更多个刀具连杆组的运动来控制刀具基座轴的旋转。控制单元例如是CNC(计算机数控)或机器人控制器。这是满足具有高刀具力和刀具扭矩的加工要求所需要的。必须实施高性能的控制算法，根据复杂PKM结构的运动学和动力学模型控制多达八个致动器。

根据一些实施例，控制单元被配置成通过额外地控制第一支撑连杆组的第一运动、第二支撑连杆组的第二运动和第三支撑连杆组的第三运动中的一个或更多个来控制刀具基座轴的位置和定向。通过这种方式，支撑平台的位置可以被精确地控制，这是高性能刀具位置和定向控制的前提条件。

根据第二方面，本公开内容涉及用于控制并联运动装备(PKM)的运动的方法。除了控制支撑连杆组外，还应控制刀具连杆组，以及总的来说，有必要利用PKM的运动学和动力学信息以及所有PKM部件的刚度信息来控制PKM的所有连杆组。这样，在高的刀具力和扭矩下也可以获得对PKM运动的精确控制。

根据第三方面，本公开内容涉及具有指令的计算机程序，该指令用于使根据第一方面的并联运动装备执行根据第二方面，和如本文所述的第二方面的实施例中的任何一个的方法的步骤。

根据第四方面，本公开内容涉及计算机可读存储器，其上存储有第三方面的计算机程序。

根据第五方面，本公开内容涉及控制单元，控制单元包括根据第四方面的计算机可读存储器。

附图简述

图1图示了根据一个示例实施例的具有支撑连杆组和两个平台的PKM。

图2图示了在一端具有托架接头而在另一端具有支撑平台接头的连杆。

图3图示了根据实施例的PKM，其包括安装在托架和刀具平台之间的两个刀具连杆组，以控制附接到刀具平台的加工致动器的倾斜角。该刀具连杆组被布置成具有可变长度。

图4图示了根据替代实施例的PKM，其中可变长度的刀具连杆组已经更换为具有恒定长度的连杆的刀具连杆组。

图5A图示了根据本公开内容的一个实施例的包括支撑平台、刀具基座和三个刀具连杆组的装置。

图5B图示了包括支撑平台、刀具基座和两个刀具连杆组的替代装置，其中附加的致动器安装在托架上，并且其中这些致动器使连接到操纵刀具定向的连杆的杠杆旋转。

图5C图示了另一种替代装置，其具有刀具基座接头的替代的安装，该装置包括支撑平台、刀具基座和三个刀具连杆组。

图5D图示了包括支撑平台、刀具基座和一个刀具连杆组的替代装置，其中刀具平台可以仅以一个DOF旋转。

图5E图示了用于图5D中装置的轴接头的一个实施方式。

图5F图示了包括支撑平台、刀具基座和两个刀具连杆组的替代装置，其中刀具连杆组通过偏置元件安装到刀具基座轴。

图5G图示了包括支撑平台、刀具基座和两个刀具连杆组的又一替代装置，其中刀具基座轴具有弯曲形状。

图6图示了根据第一实施例的刀具基座，提供了将刀具基座接头安装在支承刀具的刀具基座轴上的可能性，并且在这种情况下相对于支撑平台安装在刀具的相对侧上。

图7图示了轴接头的一个示例性实施方式。

图8图示了根据第二实施例的刀具基座，其包括图7中的轴接头的替代设计。

图9图示了根据第三实施例的刀具基座，其引入了增加刀具在一个倾斜方向上的倾斜能力的概念。

图10图示了根据第四实施例的刀具基座。这里用齿轮代替图9的运动结构。

图11图示了根据第五实施例的刀具基座。这里，为了增加两个倾斜方向上的倾斜能力，增加了第二齿轮传动器。

图12图示了根据第六实施例的刀具基座。本实施例具有在两个刀具倾斜方向上和扭转时增加倾斜能力的可能性。

图13图示了根据第七实施例的刀具基座。这里图示了紧凑的机械解决方案，以增加在两个倾斜方向上的倾斜能力。

图14A图示了根据另一个示例性实施例的具有支撑连杆组和两个平台的PKM，其只有五个支撑连杆。

图14B图示了根据一个实施例的支撑平台接头的设计。

图14C图示了具有一个自由度的轴接头。

图15A图示了根据另一个示例性实施例的具有支撑连杆组和两个平台的PKM，其只有五个支撑连杆且只有两个线性导轨。

图15B图示了根据一个实施例的平台接头。

图16图示了根据又一个示例性实施例的具有支撑连杆组和两个平台的PKM，其具有不同的支撑连杆分布。

图17图示了根据本公开内容的一些实施例的方法的流程图。

图18图示了根据第八实施例的刀具基座。

图19图示了根据第九实施例的刀具基座。

图20图示了根据第十实施例的刀具基座。

图21图示了根据第十一实施例的刀具基座。

图22图示了根据第十二实施例的刀具基座。

图23a图示了根据第十三实施例的刀具基座。

图23b图示了图23a中刀具基座的替代设计。

图24图示了根据第十四实施例的刀具基座。

图25图示了根据第十五实施例的刀具基座。

图26图示了根据第十六实施例的刀具基座。

图27图示了根据第十七实施例的刀具基座。

图28图示了根据第十八实施例的刀具基座。

图29图示了根据第十九实施例的刀具基座。

图30图示了根据第二十实施例的刀具基座。

详细描述

在下文中，将解释具有多功能刀具定向的并联运动装备(PKM)的实施例。多功能性指的是非常高的刚度、轻巧的模块化操纵器结构、不需要笨重或沉重的CNC腕部、非常好的刀具可及性以及大的刀具旋转能力等优点。具体来说，对于诸如机加工和搅拌摩擦焊接的目标应用，无论是标准的串联机械臂还是例如CNC机床的机床都无法提供所需的多功能性。这是由于技术人员所经历到的基础物理限制，因此以下是基于PKM的唯一可行的方法。

PKM大致上是包括多个连杆组的机械系统，这些连杆组并联地作用以支撑和移动平台。根据PKM文献中的概念，PKM臂的末端凸缘被称为平台。标准机械臂的末端凸缘是安装刀具或末端执行器的地方；末端执行器/刀具位于安装在PKM平台上的标准箱体中。

由于现有技术中没有单个PKM结构能够以合理的成本满足多功能性要求，其中刀具的刚度和定向工作空间是主要缺陷，因此可选方案可以是通过组合两个(或更多个)PKM来增强单个PKM的连杆组结构，使得由相对位置产生定向。然而，诸如CN107081760A(基于双三角)和US2003/0053901(基于双三脚架)的现有技术显示出复杂性，而没有所需的多功能性。一组并联的PKM也是一个PKM，但通常成本和复杂性更高。

本文公开的PKM采用了全新的做法，其中单个新型PKM具有刚性串联连接的双平台，每个平台通过不同类型的连杆组(分别专用于位置刚度和定向刚度)进行机械支撑。从应用的角度来看，一个平台，即形成实际末端凸缘的外部平台，被称为刀具平台。另一个平台，即为外部的大而刚性的腕部运动形成基础支撑的内部平台，被称为支撑平台。这些平台被刚性地连接意味着一些自由度(典型的两个旋转自由度)的运动被用作运动结构的一部分，而其他DOF(通常是四个DOF)是刚性地连接的。如何布置和致动这些被利用的(PKM内部的)DOF以实现工业适用性是本发明的一部分。

支撑平台姿态是通过附接在基座路径运动和支撑平台之间的支撑连杆组来实现的。支撑连杆组主要配置为将支撑平台定位在目标位置。由于基座路径运动可以是任意长的，因此产生的工作空间可以变得非常大。PKM的连杆可以用轻质材料制成，使得PKM的移动结构可以是轻质的，从而可以以高加速度非常快地移动刀具。

刀具平台通过轴接头和刀具基座轴串联连接到支撑平台。布置一个、两个或三个刀具连杆组以旋转刀具基座轴以及与其刚性地连接的刀具平台，从而实现目标刀具姿态。每个刀具连杆组包括刀具连杆，刀具连杆在每一端具有接头。典型地，刀具连杆在轴向力方面是非常刚性的。在一些实施方式中，刀具连杆组还可以包括致动设备，例如马达驱动滚珠螺杆。结合轴接头的布置，这提供了所需的高定向刚度。

总之，这种具有专用连杆组的双平台布置形成了操纵器，该操纵器在刀具上具有高的力和/或高的扭矩的应用中非常突出，因为它为PKM提供了所需的高刚度，也为刀具定向提供了所需的高刚度。

与CN107081760A不同，在本发明中，尾端致动器(例如铣削主轴或磨具)安装在刀具平台上，没有远端移动平台，没有旋转接头且没有在远端移动平台与推杆之间的线性接头。在一些实施例中，为了刀具平台的非常高的刚度，刀具平台直接连接到控制刀具平台定向的刀具连杆(用于4-6个自由度的操纵的1-3个刀具连杆)上的旋转接头。当需要大的刀具旋转时，在刀具平台和控制定向的连杆之间安装有齿轮传动器(例如，轴接头传动组件)。除了非常高的刚度之外，本发明的PKM具有非常大的工作空间，该工作空间可以在一个方向上无限大，并且可以适应应用中所需的DOF个数。在非常高刚度的实施例中，对于每个刀具旋转自由度，只需要在机座上的3个线性致动器加上一个可选的致动器；对于每个刀具旋转DOF，只需要6个连杆加上一个可选的连杆；对于每个刀具旋转DOF，只需要13个旋转接头加上两个可选的旋转接头，并且不需要线性接头。

在所有图中相同特征都使用了相同的参照标记，并且在已经提到的地方将不再重复。

还将理解的是，尽管术语第一、第二等在本文可以用于描述各个元件，但这些元件不应被这些术语限制。这些术语只是用来将一个元件与另一个区分开。例如，在不偏离本公开内容的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

图1示出的PKM包括支撑连杆组，即第一支撑连杆组SL1、第二支撑连杆组SL2、和第三支撑连杆组SL3。PKM还包括支撑平台17a和刀具基座140。图1中的这个PKM是本公开内容的至少一些实施例中的PKM的一部分。

图1中的PKM被配置为借助于托架4、5、6被驱动，托架4、5、6可通过致动设备沿着路径1、2、3移动，致动设备例如是通过齿条和小齿轮传动器驱动托架的马达，该齿条和小齿轮传动器被配置为沿着路径推进托架。这样的致动器，例如，在图4中示出。因此，第一托架4被配置为在第一路径1上移动，因此沿着第一路径1移动，第二托架5被配置为在第二路径2上移动，因此沿着第二路径2移动，以及第三托架6被配置为在第三路径3上移动，因此沿着第三路径3移动。例如，路径就是导轨。典型地，路径是线性的，但代替地可能会有弯曲形状，就像一些搬运机器人所使用的那样。对于需要高刚度操纵的应用，可以优选地使用马达驱动滚珠螺杆、齿条和小齿轮或直接驱动解决方案来使托架沿着路径移动。在有更多托架的情况下，PKM包括致动器，用于使这些托架也沿着路径移动，例如参见图4。在图1中，路径以平行的三条线性路径的方式安装在图中未示出的框架上。因此，在一些实施例中，第一路径1、第二路径2和第三路径3是平行路径。一条路径(这里是指第二路径2)布置在另外两条路径(这里是指第一路径1和第三路径3)之间。路径1、2、3在基坐标系7b中限定。该坐标系使其Xb轴线平行于路径1-3，而Zb轴线垂直于由第一路径1和第三路径3限定的平面。在图1中，基坐标系7b的轴线与世界坐标系7a的相应轴线平行。然而，根据安装和应用的要求，路径可以以不同的方式安装，例如，基坐标系围绕世界坐标系7a的Zw轴线或Xw轴线旋转。第二路径2在图中安装在负Zb值6c处，使得可以获得一直到由第一路径1和第三路径3限定的平面的工作空间6b(在低Zb值处)。图示了第二托架5的两个不同的位置SL2_P1和SL2_P2，示出了该装备的两个不同的组装构型。一般来说，当第二托架5处于位置SL2_P1所示的组装构型时，可以获得比SL2_P2时更高的刚度，但另一方面对于在Xb方向上的相同工作空间，路径需要更长。然而，对于非常长的工作对象，如飞机机身和机翼、火车、风力叶片、建筑部件等，路径长度的差异将不是那么重要，并且在这些应用中，托架组装构型应该如第二托架5所示的在位置SL2_P1，在位置SL2_P1时，第二托架5在Xb方向上与第一托架4和第三托架6相比，位于刀具基座140的相对侧上。当使用根据位置SL2_P2的组装构型时，距离6c，因此第二路径2在负Zb方向上的偏移必须足够大，以获得高刚度。在根据位置SL2_P1的组装构型时，可以安装第二路径2使得距离6c具有较低值，并且还可以使负Zb方向上的距离6c为零。在这种情况下，由于高连杆力以及因此产生的低刚度，与YbZb平面平行的、PKM的工作空间6b在低Zb值处将不再有用。然而，当所有路径都在同一平面上时，将更容易实施用于路径的框架。此外，用于安装线性致动器的框架将更加简单，甚至可以将路径直接安装在墙上或固定在天花板上。

每个支撑连杆组SL1、SL2、SL3连接在所提及的托架4、5、6中的一个与支撑平台17a之间。第一支撑连杆组SL1可以包括一个或更多个支撑连杆。在这个示例性实施例中，它包括两个支撑连杆8、9，即第一支撑连杆8和第二支撑连杆9。每个支撑连杆8、9在一端经由第一支撑接头8a、9a连接到支撑平台17a，而在另一端经由第一托架接头8b、9b连接到第一托架4。因此，第一支撑连杆8在一端经由第一支撑接头8a连接到支撑平台17a，而在另一端经由第一托架接头8b连接到第一托架4。第二支撑连杆9在一端经由另一第一支撑接头9a连接到支撑平台17a，而在另一端经由另一第一托架接头9b连接到第一托架4。如上所述，第一托架4可沿第一路径1移动，并且第一支撑连杆组SL1被布置成将第一运动传递到支撑平台17a。第二支撑连杆组SL2可以包括一个或更多个支撑连杆，在所示的示例中，第二支撑连杆组SL2包括两个支撑连杆10、11，即第三支撑连杆10和第四支撑连杆11。每个支撑连杆10、11在一端经由第二支撑接头10a、11a连接到支撑平台17a，而在另一端经由第二托架接头10b、11b连接到第二托架5。因此，第三支撑连杆10在一端经由第二支撑接头10a连接到支撑平台17a，而在另一端经由第二托架接头10b连接到第二托架5。第四支撑连杆11在一端经由另一第二支撑接头11a连接到支撑平台17a，而在另一端经由另一第二托架接头11b连接到第二托架5。第二托架5可沿第二路径2移动。第二支撑连杆组SL2被布置成将第二运动传递到支撑平台17a。第三支撑连杆组SL3可以包括一个或更多个支撑连杆，在所示的示例中是两个支撑连杆12、13，即第五支撑连杆12和第六支撑连杆13。每个支撑连杆12、13在一端经由第三支撑接头12a、13a连接到支撑平台17a，而在另一端经由第三托架接头12b、13b连接到第三托架6。因此，第五支撑连杆12在一端经由第三支撑接头12a连接到支撑平台17a，而在另一端经由第三托架接头12b连接到第三托架6。第六支撑连杆13在一端经由另一第三支撑接头13a连接到支撑平台17a，而在另一端经由另一第三托架接头13b连接到第三托架6。如上所述，第三托架6可沿第三路径3移动，并且第三支撑连杆组SL3被布置成将第三运动传递到支撑平台17a。因此，当托架移动时，它引起连接到托架的一个或更多个连杆的运动。连杆的运动改变支撑平台17a的位置。因此，通过控制托架的移动，支撑平台17a可以定位在PKM的工作空间中的任何位置。在图1的实施例中，第一支撑连杆组SL1、第二支撑连杆组SL2和第三支撑连杆组SL3一共包括六个支撑连杆8、9、10、11、12、13。然而，在其他实施例中，支撑连杆的数量可以是四个或五个。传递到支撑平台17a的连杆运动也可以由线性致动器引起，如下文所解释的。

第一托架4包括第一机械接口(mechanical interface)14。第三托架6包括第二机械接口15。这些接口的目的是调节用于第一支撑连杆组SL1和第三支撑连杆组SL3的支撑连杆8、9、12、13的托架接头8b、9b、12b、13b的托架安装，以使支撑接头8a、9a、12a、13a最佳地安装在支撑平台17a上。这是在每个托架上连接的支撑连杆组SL1、SL3的两个连杆应平行并具有相同的长度的要求下做出的调节。因此，第一支撑连杆组SL1、第二支撑连杆组SL2和第三支撑连杆组SL3中的一个或更多个包括两个平行的支撑连杆。两个平行的支撑连杆具有基本相等的长度。尽管未示出，但第二托架5也可以设置有机械接口，并且同样的要求此时也适用于连接到其上的第二支撑连杆组SL2。托架4、5、6和路径1、2、3之间的线性轴承(例如在钢导轨上运行的滚柱轴承)可以被制成非常坚硬，由此，考虑到刚度要求，在托架接头(也包括下面将解释的刀具托架接头)和标准机械托架安装接口之间引入偏移一般来说没有问题。相反，典型地更重要的是在支撑平台17a上采用支撑接头的最佳安装位置。

支撑平台17a包括可以安装支撑接头8a、9a、12a、13a的主体。该主体可以由坚硬的、轻质的材料制成。该主体可以是实心的或中空的。这里的主体具有圆柱体的形状，但可选地可以具有其他基本形状，如球体、长方体等，或其他形状，如定制形状。

图1的刀具基座140还包括轴接头24、刀具基座轴19和刀具平台17b。轴接头24布置到支撑平台17a，例如直接安装到支撑平台17a。轴接头24可以被视为具有两个相对于彼此可移动的部分。支撑平台17a被布置成使轴接头24的一个部分安装到支撑平台17a。因此，轴接头24的一部分(刚性地)安装到支撑平台17a。换句话说，轴接头24刚性地连接到支撑平台17a。因此，轴接头24和支撑平台17a是刚性地连接的，例如是刚性地安装的。这也意味着支撑平台17a刚性地连接(例如安装)到轴接头24。刀具基座轴19在一端连接，例如安装或以其他方式刚性地连接到轴接头24的另一部分。因此，轴接头24的另一部分安装到刀具基座轴19。因此，刀具基座轴19经由轴接头24连接到支撑平台17a。刀具基座轴19在其另一端连接到刀具平台17b。更详细地说，刀具平台17b刚性地连接到刀具基座轴19。当然，这也意味着刀具基座轴19刚性地连接到刀具平台17b。刀具基座轴19刚性地连接到刀具平台17b，因此，刀具平台17b刚性地连接到刀具基座轴19，使得刀具平台17b跟随刀具基座轴19的每一次移动。因此，刀具平台17b和刀具基座轴19是刚性地连接的。刀具平台17b可以以可选的方式刚性地连接到刀具基座轴19。例如，刀具平台17b可以，例如通过焊接或螺纹连接(screwjoint)，刚性地(例如直接地)安装到刀具基座轴19。可选地，刀具平台17b可以与刀具基座轴一起被铣削，以与刀具基座轴19形成为一个实体元件(solid element)。因此，刀具平台17b和刀具基座轴19则被制成整体件。刚性地安装或制成整体件是刚性地连接的子项，意味着是刚性地连接的。两个部分(彼此)刚性地连接或刚性地安装是指，该机械布置使得这些部分之间在任何(位置或定向)DOF上的相对运动在物理上是不可能的，除了可以忽略不计的材料弹性的影响。因此，在刀具基座轴19和刀具平台17b之间不允许相对运动(物理上不可能进行相对运动)。典型地，刀具基座轴19具有长形形状。刀具基座轴19由刚性材料制成。刀具基座轴19例如是杆。这里，刀具平台17b包括具有矩形形状的主体，但是刀具平台17b可以具有诸如圆形、椭圆形等其他形状。刀具平台17b在刀具基座轴19和刀具致动器(例如，加工致动器)之间提供附接接口。因此，刀具基座轴19经由刀具平台17b附接到致动器。在一些实施例中，刀具基座140是至少包括轴接头24、刀具基座轴19和刀具平台17b的组件。在一些实施例中，刀具基座140包括末端执行器，例如被配置为操作刀具头22的加工致动器20。加工致动器20附接或安装到刀具平台17b。因此，在一些实施例中，刀具平台17b被布置成将末端执行器附接到刀具平台17b。因此，刀具平台17b为刀具提供基座，并且当刀具附接到刀具平台时，刀具将跟随刀具平台17b的运动。加工致动器20可以可拆卸地布置到刀具平台17b，使得它可以手动或自动地附接到刀具平台17b，然后手动或自动地从刀具平台17b拆卸。图1中的加工致动器20包括被布置在加工致动器20的远侧部分的刀具头22。加工致动器20可以是诸如用于铣削或搅拌摩擦焊接的主轴马达的加工致动器。根据应用的要求，轴接头24可以被设计成具有一个、两个或三个自由度。轴接头24使得可以以更多功能的方式改变刀具22的定向。例如，轴接头24是以图7为例的高刚度万向接头。这样的两个DOF接头使得刀具基座轴19可以在两个方向上倾斜。轴接头24的目的是能够在刀具基座轴19的中心线与平行于基坐标系的Zb轴线的线18之间获得任意空间角23。因此，轴接头24布置成使得刀具基座轴19可以相对于支撑平台17a移动，即倾斜。作为使用高刚度万向接头类型的轴接头的替代方案，如果刀具设备还需要第三旋转自由度，可以使用高刚度的球窝接头或万向接头，例如参见图5C。

图2图示了图1的六个连杆之一。每个连杆典型地(通常经由机械接口)利用具有两个或三个DOF的托架接头Na附接到托架，并且利用具有两个或三个DOF的支撑平台接头Nb附接到支撑平台17a。在一些实施例中，支撑平台接头也具有三个DOF。这里的“N”表示接头参照标记的任何编号。

下面将描述可以如何将刀具连杆组附接到刀具基座140，使得刀具基座轴19，并且因此刀具平台17b和任何与之附接的加工致动器20，可以相对于支撑平台17a倾斜。刀具平台17b的倾斜和可选旋转当然可以通过安装在支撑平台17a上的传统CNC机床腕部来实现。然而，由于精度要求高，并且加工力大，这样的腕部会很重，并且体积大，具有低的可及性，而且成本效益不高。为了避免这些大问题，如上所述，在支撑平台17a和刀具平台17b之间引入了轴接头24和刀具基座轴19。因此，在本公开内容中，没有安装到支撑平台17a上的马达，该马达被布置成使刀具平台17b定向。

图3示出了根据本公开内容的实施例的PKM。PKM包括安装在托架4、6和刀具平台17b之间的两个刀具连杆组TL1、TL2，以控制附接到刀具平台17b的加工致动器的倾斜角。PKM大致上包括与参照图1-2已经描述的特征相同的特征，不同的是，支撑连杆组的一些连杆被布置成具有可变长度。在具有两个刀具连杆组的这个实施例中，PKM被配置成以五个DOF移动刀具基座轴19。

图3图示出，在图1中已经描述的刀具平台17b可以在不使用支撑平台17a上的任何笨重的致动器的情况下致动。替代地，在两个托架(第一托架4和第三托架6)和刀具平台17b之间引入了两个刀具连杆组TL1、TL2。更详细地说，图3的PKM包括第一刀具连杆组TL1，该第一刀具连杆组TL1包括第一刀具连杆26。第一刀具连杆26在一端经由第一刀具基座接头25连接到刀具基座140(在图3中连接到刀具平台17b)，而在另一端经由第一刀具托架接头27连接到第一托架4。如上所述，PKM还包括第二刀具连杆组TL2，该第二刀具连杆组TL2包括第二刀具连杆29。第二刀具连杆29在一端经由第二刀具基座接头28连接到刀具基座140(在图3中连接到刀具平台17b)，而在另一端经由第二刀具托架接头30连接到第三托架6。第一刀具连杆组TL1被配置成通过将第一刀具连杆组TL1的运动传递到刀具基座轴19，而使刀具基座轴19围绕第一轴线相对于支撑平台17a旋转。第二刀具连杆组TL2被配置成通过将第二刀具连杆组TL2的运动额外地传递到刀具基座轴19，使刀具基座轴19围绕第二轴线相对于支撑平台17a旋转，第二轴线与第一轴线是不平行的。因此，每个刀具连杆组TL1、TL2被配置成通过将各自的刀具连杆组TL1、TL2的运动传递到刀具基座轴19，使刀具基座轴19围绕至少一个轴线相对于支撑平台17a旋转。轴接头24具有两个自由度(DOF)。通过设置如图3中的两个刀具连杆组，因此有可能通过使刀具基座轴19围绕两个不平行的轴线相对于支撑平台17a旋转来倾斜刀具基座轴19。这些轴线的方向由轴接头的轴线的安装方向决定。例如，如果使用万向接头，其中万向接头的一个旋转轴线与Xb轴线平行，而万向接头的另一个旋转轴线与Yb轴线平行，则刀具基座轴19将围绕与Xb轴线和Yb轴线平行的轴线旋转。因此，在这种情况下，第一轴线应该理解为平行于Xb轴线、Yb轴线或Zb轴线的至少一个轴线。第二轴线应理解为与至少一个第一轴线不平行的至少一个轴线。然而，万向接头的任何轴线与Xb轴线或Yb轴线的平行不是必要的。对于刀具轴的2个DOF的旋转运动，使用如图7所示的万向接头是比较好的，因为轴承可以被制造成具有大的轴承表面，这意味着对力和扭矩两者都有很高的刚度。在刀具轴具有3个自由度的旋转运动的情况下，可以使用轴承的旋转轴线与刀具轴的中心重合的轴承，或者可选地可以使用球窝接头或杆端。

图示的刀具连杆组TL1、TL2包括线性致动器，例如具有伸缩式安装。通过这样的安装，第一刀具连杆26和第二刀具连杆29可以被称为是伸缩式的。这里的伸缩式连杆是指连杆具有相互滑动的部分。因此，伸缩式连杆可以包括同心的管状节段，该管状节段被设计成相互滑动，从而改变连杆的长度。因此，两个刀具连杆组TL1、TL2中的每一个被配置为具有可控的可变长度。被配置为具有可控的可变长度的连杆组，典型地包括至少一个布置有线性致动器的连杆，线性致动器用于控制该至少一个连杆的长度。线性致动器被配置成根据来自控制单元的控制信号改变连杆的轴向长度。刀具连杆组的线性致动器典型地被配置成配置刀具平台17b的倾斜角。但是，也可以使用其他替代刀具连杆组。例如，刀具连杆可以具有静态的、非可变长度，如图4和5B所示。可变长度的刀具连杆26、29例如由马达驱动的高刚度滚珠螺杆致动器驱动。这样的线性致动器控制刀具连杆26、29的长度，从而控制第一刀具连杆组TL1的第一刀具基座接头25和第一刀具托架接头27之间的距离、以及第二刀具连杆组TL2的第二刀具基座接头28和第二刀具托架接头30之间的距离。这些刀具托架接头27、30应该具有两个DOF，而这些刀具基座接头25、28应该具有三个DOF，以保持非冗余的机械系统。一般来说，当刀具连杆被布置成具有可变长度(即，利用滚珠螺杆致动)时，将刀具连杆连接到托架的托架接头(包括刀具托架接头)应该具有两个DOF以使致动器工作，并且将刀具连杆连接到支撑平台17a的刀具基座接头则应该具有三个DOF，以保持非冗余的机械系统。因此，在一些实施例中，每个刀具基座接头25、28、37具有至少两个DOF。在一些实施例中，一个或更多个刀具连杆组TL1、TL2、TL3的每个刀具托架接头27、30、39具有至少两个DOF。在一些实施例中，每个刀具基座接头25、28、37具有三个DOF。在一些实施例中，一个或更多个刀具连杆组TL1、TL2、TL3中的每个刀具托架接头27、30、39具有三个DOF，当使用由线性致动器致动的可变长度连杆时，情况并非如此。

通过控制刀具连杆(多个刀具连杆)的长度，可以控制平行于Zb轴线的线18与刀具基座轴19之间的空间角度23。这意味着刀具基座轴19(与加工致动器20连接)可以通过围绕两个不平行的轴线旋转而在任何方向上倾斜，并且通过适当地安装两个DOF的轴接头，这些轴线将与基坐标系7b的Xb轴线和Yb轴线平行。为了获得围绕倾斜角零度(刀具基座轴19平行于基坐标系的Zb轴线)的对称的高刚度倾斜范围，计算出刀具平台17b的最佳尺寸是有利的。因此，在一些实施例中，针对在刀具基座轴19的整个倾斜角范围内刀具连杆26、29中的最小最大(上下限，minmax)力，刀具平台17b被设计成使得从刀具基座轴19安装在刀具平台17b上的地方到刀具基座接头25、28的距离是调谐的(通过模拟)。

在刀具平台17b和刀具连杆附接到的托架之间使用具有可变长度的刀具连杆的概念具有重要的优点，即刀具连杆之间的角度在PKM的所有工作位置上都将是最佳的(大约90度)，因此刀具(其附接到刀具平台17b)上的力和扭矩将有效地分布在刀具连杆之间，这意味着保持了高刚度。例如在该图中，当下部的第一托架4沿正Xb方向移动时，基座平台17a和刀具平台17b将向上移动，第二刀具连杆组TL2将变得更加水平，而第一刀具连杆组TL1变得更加竖直，并且容易理解的是，下部的第一托架4可以到达某一位置，在该位置第一刀具连杆组TL1是竖直的，而第二刀具连杆组TL2是水平的，这意味着第一刀具连杆组TL1和第二刀具连杆组TL2之间是最佳的90度，用于控制刀具的定向。

在图3中，与图1相比，支撑连杆中的一个支撑连杆12已经被可变长度的支撑连杆12所取代，并且因此第三支撑连杆组SL3包括线性致动器150，示意性地在图3中示出。可变长度的支撑连杆12和线性致动器150可以具有伸缩式安装。线性致动器150控制支撑连杆12的长度，从而控制第三支撑连杆组SL3的第三托架接头12b和第三支撑接头12a之间的距离。可变长度的支撑连杆12在本实施例中典型地由马达驱动的滚珠螺杆致动器驱动。通过对连接到支撑平台17a的两个支撑连杆(典型地在不同的支撑连杆组中)使用这种线性致动装置，还可以在一定程度上使支撑平台17a以2个DOF旋转。这在以下情况中将是有利的，即当轴接头24达到其最大角度范围时，或者当它可以增加加工致动器20的可及性时。

图3还示出了控制单元127，其被布置成利用致动器来控制PKM的移动。连杆组的每个线性致动器包括马达，该马达被布置成致动同一连杆组的可变长度连杆。线性致动器是这样一种致动器，该致动器被布置成引起连杆的线性运动，从而改变连杆的长度。通过控制单元127控制马达。因此，第二刀具连杆组TL2包括线性致动器，该线性致动器包括经由电缆130a连接到控制单元127的马达129，电缆130a例如安装在沿着第三路径3的电缆链中。此外，第一刀具连杆组TL1包括线性致动器，该线性致动器包括经由电缆(未示出)连接到控制单元127的马达128，该未示出的电缆例如安装在沿着第一路径1的电缆链中。此外，尽管未示出，但第三支撑连杆组SL3包括线性致动器，该线性致动器包括经由电缆(未示出)连接到控制单元127的马达(未示出)，该未示出的电缆例如安装在沿着第三路径3的电缆链中。应当理解，PKM的任何连杆都可以是线性的，并且包括可变长度连杆的连杆组则典型地包括线性致动器，线性致动器被布置成致动可变长度连杆。此外，连杆组的每个线性致动器典型地包括马达，该马达被布置成致动同一连杆组中的可变长度连杆。换句话说，在一些实施例中，第一刀具连杆组TL1、第二刀具连杆组TL2和第三刀具连杆组TL3中的至少一个包括致动器，该致动器被配置为改变同一刀具连杆组TL1、TL2、TL3的长度。

通过对支撑平台17a和刀具基座轴19的组合控制来实施对加工致动器20的控制。平台控制确定轴接头24的位置变化，以获得刀具的处于刀具的有序定向的有序位置，并且刀具基座轴控制被实施为使得刀具基座轴19进行刀具的有序定向变化。该组合控制通过计算机，例如CNC或机器人控制单元127获得，其利用了并联运动的整个装备结构的运动。计算机中的并联运动学模型包括表示托架、连杆、托架上的接头的安装位置、支撑平台17a和刀具基座140的几何模型和参数。几何模型还可以包括表示任何路径和刀具的模型和参数。已知刀具基座140的刀具基座轴19的有序位置和定向，逆运动学模型用于计算致动器的所需位置。当计算刀具的轨迹(包括刀具基座轴19的位置和定向)时，对沿着命令或编程路径的每个插补步骤进行新的运动学计算。因此，在一些实施例中，控制单元127被配置为通过控制一个或更多个刀具连杆组TL1、TL2、TL3的运动来控制刀具基座轴19的旋转。刀具连杆组的运动是通过致动刀具连杆组所连接到的托架，和/或通过致动刀具连杆组的线性致动器来实现的。几个刀具连杆组的运动典型地是同步的，以实现刀具基座轴19的期望旋转。在可以与前面提到的实施例相结合的一些其他实施例中，控制单元127被配置成通过额外地控制第一支撑连杆组SL1的第一运动、第二支撑连杆组SL2的第二运动和第三支撑连杆组SL3的第三运动中的一个或更多个来控制刀具基座轴19的位置和定向。控制单元127可以存储具有指令的计算机程序，用于使根据本文中任何一个实施例的PKM执行本文中公开的方法步骤。计算机程序可以存储在计算机可读存储器上，例如闪存。

图4示出了根据替代实施例的PKM，其中图3的可变长度的刀具连杆组已经更换为具有恒定长度的刀具连杆组。支撑连杆组SL1、SL2、SL3在此图中用阴影线(hatched line)表示，这样它们就不会与刀具连杆组TL1、TL2、TL3混淆。然而，支撑连杆组可以按本文所述的任何一个实施例中的说明布置，例如如图1、3、14A、15A或16中的任何一个所图示的。图4所图示的PKM包括第三刀具连杆组TL3。第三刀具连杆组TL3包括第三刀具连杆38。第三刀具连杆组TL3被配置成通过额外地将第三刀具连杆组TL3的运动传递到刀具基座轴19，使刀具基座轴19围绕与第一轴线和第二轴线不平行的第三轴线旋转。第三刀具连杆38在一端经由第三刀具托架接头39连接到托架，而在另一端通过第三刀具基座接头37连接到刀具基座140。因此，图4图示了也可以将第三连杆组TL3连接到刀具平台17b上，据此，加工致动器20也可以旋转，从而获得对加工致动器的定向的三个DOF控制。这要求轴接头24设计成三个DOF，例如通过在刀具基座轴19上安装旋转轴承，使旋转轴线与刀具基座轴19的中心线重合。当然，在这种情况下也可以使用球窝轴接头24。在这个具有三个刀具连杆组的实施例中，PKM被构造成以六个DOF移动刀具基座轴19。

图4示出了控制刀具基座轴19的倾斜角23的另一种方式。这里，图3所示的刀具连杆26、29的线性致动(例如伸缩式致动)被两个附加的托架所取代，即布置在第一路径1上的第四托架33和被布置在第三路径3上的第五托架34。可变长度的刀具连杆26、29现在已经被具有恒定长度或固定长度的刀具连杆31、32所取代，这里称为恒定长度的刀具连杆。另外，第三刀具连杆38在这里是恒定长度的刀具连杆。刀具托架接头27、30安装在该添加的第四托架33和第五托架34上的机械接口上。当第四托架33和第五托架34移动时，刀具连杆31、32将移动加工致动器20，这改变了角度23。在这种情况下，可以如在图3的线性致动的情况中那样使用相同的接头25、27、28和30。换句话说，第一刀具连杆31经由第一刀具托架接头27连接到第四托架33，第四托架33与第一托架4、第二托架5和第三托架6是不同的。第二刀具连杆组TL2的第二刀具连杆32经由第二刀具托架接头30连接到第五托架34，第五托架34与第一托架4、第二托架5、第三托架6和第四托架33是不同的。第六托架120被布置成沿着第二路径2移动。第三刀具连杆组TL3的第三刀具连杆38经由第三刀具托架接头39连接到第六托架120，第六托架120与第一托架4、第二托架5和第三托架6是不同的。第六托架120在这里也不同于第四托架33和第五托架34。该第六托架120以高于第二托架5的Xb值安装。

使用单独的致动托架33、34、120，而不是具有与支撑连杆组SL1、SL2、SL3共用的托架和线性致动(例如，伸缩式致动)来控制刀具平台17b的优点是，可以获得更高的刚度，并且刀具连杆组的质量惯性和因此PKM的质量惯性将减小。在图3中，可变长度的刀具连杆26和29的刚度分别与第一托架4和第三托架6的刚度串联耦合，而在图4中不会发生这种串联刚度耦合。然而，当使用额外的托架33、34、120时，路径需要更长。

图4还示出了控制单元127。每个托架4、5、6、33、34、120被布置成由各自的马达123、121、125、124、122、126致动，以使托架沿着各自的路径移动。当使用齿条和小齿轮线性致动装置或当使用直接驱动的线性马达时，马达典型地安装在托架上。每个马达也例如经由电缆连接到控制单元127。在图4中示意性地示出了一根电缆130b，将第三托架6的马达125连接到控制单元127。在所示的示例中，电缆130b沿第三路径3安装在电缆链中。可以对其他马达123、121、124、122、126进行相同类型的电缆布置。如果滚珠螺杆致动器被用于托架的线性运动，则马达可以固定在各自导轨(路径)的一端，因此不需要电缆链。然而，滚珠螺杆装置的长度是有限的。因此，在下文中假定每个托架4、5、6由齿条和小齿轮装置驱动，然而，其他替代方案也是可能的。每个托架33、34、120可以经由在每个路径上的托架和另一个托架之间的滚珠螺杆装置来致动，这没有避免使用电缆链但是可以增加刚度，但这里所要求保护的也与支撑连杆组SL1、SL2、SL3的实际致动无关。换句话说，在一些实施例中，PKM包括用于沿着第一路径1移动第一托架4的第一致动器123、用于沿着第二路径2移动第二托架5的第二致动器121、以及用于沿着第三路径3移动第三托架6的第三致动器125。对于本公开内容中的其他PKM也是如此，尽管并不总是示出(参见例如图1、14A、15和16)。

至少在图1、3、4和16所示的所有实施例中，第一支撑连杆组SL1、第二支撑连杆组SL2和第三支撑连杆组SL3被构造成约束支撑平台17a在六个自由度(DOF)上的运动。此外，至少在图1、3、4和16所示的所有实施例中，第一支撑连杆组SL1、第二支撑连杆组SL2和第三支撑连杆组SL3被构造成以三个自由度(DOF)移动支撑平台17a。

在下文中，将示出多个不同的装置，其可以与所公开的PKM中的任何一个一起使用。

图5A示出了根据一个示例性实施例的包括支撑平台17a、刀具基座140和三个独立的刀具连杆组TL1、TL2、TL3的装置。所示的刀具连杆组TL1、TL2、TL3的刀具连杆26、29、38是可变长度连杆。在使用中，刀具托架接头27、30、39与托架连接，并且刀具基座接头25、28、37与刀具基座140连接，如前面所示和解释的。具体地说，刀具基座接头25、28、37直接连接或安装到刀具平台17b。应当理解，刀具基座接头25、28、37可以连接到刀具基座140的任何部分，例如轴接头24、刀具基座轴19、刀具平台17b或加工致动器20本身。不同的刀具基座接头25、28、37也可以连接到并因此安装到刀具基座140的相互不同的部分。图5A中的装置可以与例如图3和图4中的任何一个所示的支撑连杆组SL1、SL2、SL3和托架一起使用。例如，如果在图3所示的实施例中使用图5A中的装置，第三刀具连杆组TL3可以连接到第二托架5，或连接到图4所示的添加的第六托架120。如果图5A中的装置与图4所示的实施例一起使用，可变长度的刀具连杆26、29、38将被更换为具有恒定长度的刀具连杆。刀具连杆26、29、38的致动可使刀具基座轴19围绕与基坐标系7b的坐标轴线平行的三个轴线旋转。如上所述，可变长度的刀具连杆26、29、38可以被恒定长度的刀具连杆取代，然后需要连接到托架，托架被构造成被致动以控制恒定长度的刀具连杆的运动，如图4所示。

在图5A示出了支撑平台坐标系7c。该坐标系7c的原点位于轴接头24的中心，并且具有三个坐标轴线Xp、Yp和Zp。Zp是支撑平台17a的法线。轴线Xp和Yp垂直于ZP轴线。在图1、图3和图4所示的实施方案中，所有的支撑连杆组SL1、SL2、SL3包括成对的连杆。因此，每个支撑连杆组SL1、SL2、SL3包括的两个支撑连杆8、9；10、11；12、13是平行的，并具有相同的长度。由于使用成对的、每对具有相同的长度的连杆来控制支撑平台17a，支撑平台坐标系7c只是基坐标系7b的平行平移，这意味着坐标轴线是成对平行的。图中还描绘了刀具坐标系7d，原点在加工致动器20处。使用所有三个致动器(所有三个刀具连杆组TL1、TL2、TL3)，刀具坐标系7d可以被控制为围绕支撑平台坐标系7c的所有三个轴线旋转。如果只使用第一刀具连杆组TL1和第二刀具连杆组TL2，因此，如图3，轴接头24的安装方式是，刀具坐标系7d只能围绕支撑平台坐标系7c的Xp轴线和Yp轴线旋转。正如关于图3中指出的那样，计算出与刀具基座轴19在刀具平台17b上的安装位置有关的刀具基座接头25、28的最佳位置是有利的。选择轴接头24在支撑平台17a上的最佳位置也是有利的，但是在图中，轴接头24被放置在支撑平台17a的近侧面的中心处。

在图3中，可变长度的刀具连杆26、29被用来倾斜刀具平台17b，而在图4中，在第一路径1和第三路径3上分别使用了单独致动的第四托架33和第五托架34。图5B图示的另一替代装置具有安装在第一托架4和第三托架6上的附加致动器。这些致动器被布置成分别旋转第一杠杆92和第二杠杆98，并且第一杠杆92连接到第二刀具连杆32，而第二杠杆98连接到第一刀具连杆31，从而操纵刀具平台17b的定向。因此，图5B示例说明了安装在托架6(图中未显示)上的旋转致动器90，被布置为转动附接到致动器90的第一轴91上的第一杠杆92。在第一杠杆92的另一端，第一杠杆92经由具有三个自由度的第二刀具托架接头30连接到第二刀具连杆32。第一刀具连杆31连接到第二杠杆98，第二杠杆98被布置成经由第二轴99围绕第一轴承106转动。第一轴承106安装在第一托架4上，并且第二杠杆98的角度由滚珠螺杆致动器93-96经由接头97控制。如果螺杆96垂直于第二轴99的旋转轴线安装，则接头97可以仅具有一个自由度。滚珠螺杆致动器93-96设计成包括旋转致动器93、齿轮94、组合齿轮和滚珠螺杆螺母95和螺杆96。还可以有保持螺母95的轴承(未示出)。滚珠螺杆致动器93-96和第一轴承106安装在第一托架4上。作为图中滚珠螺杆致动器的替代方案，马达93可以在接头97安装在螺母95上时旋转螺杆96。在这种情况下，可以省略第二杠杆98，并且线性滚珠螺杆致动器可以直接移动第一刀具托架接头27。

图5C图示了与图5A相同的装置，但这里的刀具基座接头25、28、37没有直接安装在刀具平台17b上。取而代之的是，刀具基座接头25、28、37经由机械接口(例如延伸部或元件)直接安装到加工致动器20。因此，第三刀具连杆组TL3的刀具基座接头37安装在加工致动器20上的第一机械接口36上。第一刀具连杆组TL1和第二刀具连杆组TL2的刀具基座接头25、28安装在第二轴承20b上的第二机械接口35上，第二轴承20b安装在从加工致动器20延伸的旋转刀具轴20a上。这种安装的优点在于，它能够将刀具基座接头25、28、37安装得更靠近刀具22。靠近刀具22安装通常增加了系统的刚度。另一方面，每种类型的刀具设备都需要特殊的布置，并且如果刀具基座接头25、28、37安装得太靠近刀具22，就会出现可及性问题。或者，第一刀具连杆组TL1和第二刀具连杆组TL2的刀具基座接头25、28也安装在加工致动器20上的机械接口上。

在图5D示出的实施例中，刀具平台17b可以仅以一个DOF并围绕Yp轴线旋转，这例如当在仅具有竖直定向的拐角处进行搅拌摩擦焊接时是有用的。因此，使用一个DOF的轴接头24，并且刀具基座轴19通过连杆组38围绕Yp轴线倾斜，连杆组38利用第三刀具平台接头37和第三刀具托架接头39连接在刀具平台17b和第二托架5之间。与前面一样，17a是支撑平台，7c是支撑平台坐标系，20是加工致动器，而7d是刀具坐标系。

图5E图示了用于图5D中刀具平台配置的轴接头24的一个实施方式。因此，两个轴承24a、24b，即第三轴承24a和第四轴承24b，它们的共同旋转轴线平行于Yp轴线，安装在与支撑平台17a刚性地连接的第三轴115周围。刀具基座轴19连接到轴承24a和24b，使刀具基座轴19具有一个DOF，即具有与Yp轴线平行的旋转轴线。当然，通过使轴承24a和24b的共同旋转轴线倾斜，旋转轴线可以相对于Yp轴线倾斜。

图5F图示了包括支撑平台17a、刀具基座140和两个刀具连杆组TL1、TL2的替代装置，其中刀具连杆组TL1、TL2经由偏置元件19b安装到刀具基座轴19。对于大的刀具平台，刀具平台本身将实施偏置元件，并且它主要是在使用如图所示的单薄的平台时需要。通常，刀具连杆组TL1、TL2和TL3(如果存在的话)以偏离刀具基座轴19的中心线的偏移量安装到刀具基座140。图5F指出了第一刀具基座接头25和第二刀具基座接头28的安装点与刀具基座轴19的中心(线)之间有一定距离的重要性。因此，偏置元件19b被示出，以说明刀具基座接头25、28不直接安装在刀具基座轴19上。在前面的图中，该偏置元件19b的功能由刀具平台17b或特定元件35获得。造成这种偏移的原因是，连杆组TL1和TL2与支撑平台坐标系的Z轴线不成直角。因此，将需要偏移以获得刀具基座轴19围绕支撑平台坐标系的Y轴线的对称工作范围，其中Z轴线的方向位于围绕支撑平台坐标系的Y轴线的轴旋转的工作范围的中心。因此，在一些实施例中，每个刀具连杆组TL1、TL2的安装点相对于围绕Yp轴线的旋转角从Zp轴线到刀具基座140之间存在偏移。从而可以获得围绕Yp轴线的对称工作范围。

图5G图示了包括支撑平台17a、刀具基座140和两个刀具连杆组TL1、TL2的又一替代装置，其中刀具基座轴19、19c具有弯曲形状。图5G展示了获得相对于支撑平台坐标系的Y轴线的对称定向范围的替代方案。这里，刀具基座轴19的工作范围的中心在轴接头24发生相应倾斜的同时围绕支撑平台坐标系的Y轴线倾斜。为了在刀具基座轴19倾斜时获得刀具坐标系的Z轴线与支撑平台坐标系的Z轴线平行的刀具坐标系，刀具基座轴19延伸出轴部分19c，相对于刀具基座轴19弯曲。选择用于该弯曲的角度，使得当刀具基座轴19处于其倾斜的基准角时，刀具坐标系的Z轴线将与支撑平台坐标系的Z轴线平行。倾斜的基准角被定义为当刀具轴19倾斜到其围绕支撑平台坐标系的Y轴线的旋转工作范围的中间时产生的角度。在本实施例中，刀具平台17b安装在轴部分19c上。当然，刀具基座接头也可以安装在轴部分19c或刀具平台17b上。可选地，当刀具平台安装在刀具基座轴19上时，可以通过简单地倾斜刀具平台17b(相对于刀具基座轴19的中心)来实现倾斜的基准角。因此，在一些实施例中，刀具连杆组TL1、TL2(以及TL3，如果存在的话)安装到刀具基座140并且与刀具基座轴19相关联，使得相对于刀具平台17b的定向获得对称工作范围。这是通过相对于刀具基座轴19以一定角度安装刀具平台17b，和/或通过以偏离刀具基座轴19的中心线的一定偏移量将刀具连杆组TL1、TL2(和TL3，如果存在的话)安装到刀具基座140来实现的。

在下面的图中，将举例说明多个不同的刀具基座140的实施例，这些刀具基座140可被布置为任何先前说明的图中的刀具基座140，并因此与任何先前说明的实施例组合。

图6示出了根据第一实施例的刀具基座140，提供了将刀具基座接头25、28安装在刀具基座轴19上的可能性，该刀具基座轴19相对于支撑平台17a位于加工致动器20的相对侧。在该实施例中，刀具基座轴19穿过支撑平台17a，以便能够在支撑平台17a的相对于加工致动器20的另一侧上连接刀具基座接头25、28。在支撑平台17a和刀具基座轴19之间的轴接头在这种情况下包括盘或环101，盘或环101借助于两个轴承102、103连接到支撑平台17a，两个轴承102、103即具有重合旋转轴线的第五轴承102和第六轴承103。环101又通过轴承104和105连接到刀具基座轴19，轴承104和105即同样具有重合轴线的第七轴承104和八轴承105。具有该解决方案的原因是可以提高加工致动器20和刀具头22的可及性。然而，由于支撑平台17a上的较高的力，并且由于难以在支撑平台17a上获得用于支撑连杆8-13的平台接头的最佳位置，结果是刚度将降低。当然，在这种情况下，也可以使用图5C中的第三可变长度连杆38，而且可以使用连接到托架的恒定长度连杆来代替可变长度连杆。另外，在这种情况下，需要如图5F中的机械接口(例如偏置元件)，但没有图示。

图7示出了设计为万向接头的轴接头24的示例。在图1-5(包括5A-5C和5F-5G)所示的实施例中，万向接头可以用作连接在支撑平台17a和刀具基座轴19之间的轴接头24。实施为万向接头的轴接头24基本上包括一对相互垂直定向并通过十字轴连接的铰链。刀具基座轴19安装在第一支架49a上，第一支架49a包含万向接头的第一铰链。在本示例中，支架具有U形形状，但当然可以使用其他形状。第一支架49a包括两个集成轴承，第九轴承47和第十轴承48，在第一支架49a的每一侧上各有一个轴承。第一接头轴44和第二接头轴46安装在这些轴承47、48中，这使得刀具基座轴19能够围绕由轴承47和48的重合旋转轴线限定的轴线倾斜。第三接头轴42和第四接头轴43经由互连立方体相对于第一接头轴44和第二接头轴46以直角安装，并且也安装在两个轴承中，即第十一轴承40和第十二轴承41。这两个轴承40、41集成到圆柱形支撑平台附接部分49b中，该支撑平台附接部分49b刚性地安装到支撑平台17a的外端(在图中不可见)。实际上，附接部分49b可以是圆柱形支撑平台17a的外端，例如图1所示。这里，第十一轴承40和第十二轴承41包括在轴接头24中。圆柱形支撑平台附接部分49b具有安装了两个轴承40、41的两个突出部。圆柱形支撑平台附接部分49b包含万向接头的第二铰链，因此具有U形形状，但是也可以是其他形状。第一接头轴44、第二接头轴46、第三接头轴42、第四接头轴43和立方体一起构成万向接头十字45。支撑平台附接部分49b和第一支架49a的几何形状被设计成高刚度和大倾斜能力，并且当然可以具有不同的机械结构。

图8图示了根据第二实施例的刀具基座140，该刀具基座140包括图7中轴接头24的替代设计。这种替代设计也是万向式接头。这里，刀具基座轴19直接安装在万向接头十字45上，使得可以从刀具平台17b(如图2-5B)或致动设备(如图5C)或刀具基座轴19本身(如图6)向第一杠杆轴51和第二杠杆轴52移动刀具连杆26、29。这将使得有可能在加工致动器20和刀具基座接头25、28之间获得更大的距离，从而导致改进的可及性。这也将使得有可能获得更大的、围绕平台坐标系Yp轴线的最大旋转。然而，在该实施例中，系统的刚度可以减小。刀具连杆26、29安装到托架可以如在本文的任何实施例中所解释的那样进行。刀具基座轴19围绕轴承47和48的共同轴线的、优化的旋转(倾斜)是通过选择刀具基座轴19与第一和第二杠杆轴51、52之间相对于轴承47和48的共同轴线的最佳角度获得的。这对应于刀具基座轴19在刀具平台17b上的安装位置与刀具基座接头25、28之间的距离的优化，如前面的图所示。图7中的万向接头十字45与该方案分开，并且第三接头轴42和第四接头轴43经由延伸部53a、53b、53c、53d和两个轴承47和48连接到第一接头轴44和第二接头轴46。延伸部53a、53b、53c、53d一起形成用于万向接头十字45的矩形悬架。与前面一样，轴承40和41集成到支撑平台17a(未包括在该图中)中。应该提到的是，刀具基座轴19仍然可以围绕轴承40和41的共同旋转轴线旋转。例如，在当图中仅部分可见的刀具连杆26、29沿不同方向移动时。

图9图示了根据第三实施例的刀具基座140。更详细地说，在该实施例中，刀具基座(仅部分示出在图9中)包括连接刀具基座轴19和支撑平台17a(经由轴承40、41)的轴接头传动组件170。因此，轴接头24包括在传动组件170中。轴接头传动组件170图示了在图7和图8中的轴接头24的替代设计，它引入了一个概念，以增加加工致动器20在一个倾斜方向的倾斜能力。因此，轴接头传动组件170被布置成增加刀具基座轴19的定向范围。图9示出了图8中呈现的万向接头类型可以如何被用来包括反铲机构，该反铲机构包括反铲传动器，以增强刀具基座轴19在一个方向上的倾斜能力。因此，轴接头传动组件170包括反铲机构，该反铲机构被配置为增强刀具基座轴19的旋转的传动比。在2019年5月21日提交的美国专利申请US16/418913和2020年5月15日提交的PCT申请PCT/EP2020/063573中描述了反铲机构的几个示例，这些美国专利申请和PCT申请的全部公开内容通过引用并入本文。在这些申请中，描述了连接几个闭合的运动链，使得当致动该机构时获得放大的旋转角。更详细地，刀具连杆26(以两种不同的可能构型26a和26b图示)、29(以两种不同的可能构型29a和29b图示)经由第一输入轴60旋转第三杠杆69。该第三杠杆69经由连接连杆71与第一梁73连接，连接连杆71在每一端中具有第一连接接头70和第二连接接头72。连接接头70和72可以具有1、2或3个DOF，并用于将连接连杆71安装在第三杠杆69和第一梁73之间。第一梁73支承刀具基座轴19，并安装在第一连接器64和第二连接器68上，第一连接器64和第二连接器68可以围绕两个轴承(即第十三轴承62和第十四轴承66)的共同旋转轴线转动。这里的连接器是长形元件，例如轴或臂。因此，第二连接器68安装在第六接头轴67上，第六接头轴67又安装在第十四轴承66中，并且第一连接器64安装在第七接头轴63上，第七接头轴63安装在第十三轴承62中。轴承62和66分别安装在第一支柱61和第二支柱65上，第一支柱61和第二支柱65安装在第二支架55和第三支架58的公共部分上。因此，支柱61和65将随着第三接头轴42和第四接头轴43的旋转而转动，但不随着围绕第一输入轴60的旋转而转动。第二支架55安装在第三接头轴42上，第三接头轴42安装在集成在支撑平台17a中的第十一轴承40中。以同样的方式，第三支架58安装在第四接头轴43上，第四接头轴43安装在第十二轴承41中，而第十二轴承41集成到支撑平台17a中。每个支架55、58具有U形形状并且刚性地连接在一起以形成椭圆形。支架55、58一起形成刚性公共部件。通过选择比连接器68和64长的第三杠杆69的长度，相比于第三杠杆69，可以获得更大的刀具基座轴19的倾斜角。当然，这样的布置会降低操纵器的刚度。然而，围绕轴承40和41的共同旋转轴线的倾斜能力将是相同的。

轴接头24可以定义为安装到支撑平台17a的一个或更多个接头(例如，包括一个或更多个轴承)，并且该接头属于支撑平台17a和刀具轴19之间的连接。在前面的示例中，这种连接例如是万向接头，或改进的万向接头。在下面的示例中，该连接通常被说明为轴接头传动组件，该组件可以包括轴接头。在下面的图10-30中，还将举出轴接头和轴接头传动组件的几个示例。应当理解，在前面的文字和图中所解释的实施例和示例可以用轴接头和轴接头传动组件的任一个或其部分来补充或改进，这将在下面的文字和图10-30中解释。

图10示出了根据第四实施例的刀具基座140，其被设计成获得刀具基座轴19的增强的倾斜能力。在该第四实施例中，用齿轮代替图9中的运动结构。因此，在该实施例中，轴接头传动组件170包括传动轮，传动轮被配置成增强刀具基座轴19的传动比，或者换句话说，增加刀具基座轴19的旋转。因此，第一输入轴60的旋转和第一齿轮轴74的旋转之间的传动比，因此刀具连杆26/29的运动和刀具基座轴19围绕第一齿轮轴74的旋转之间的传动比。在图10中，第一齿轮76被安装在第一输入轴60上，以通过刀具连杆26、29旋转。第一齿轮76接合第二齿轮75，第二齿轮75的直径小于第一齿轮76的直径。第二齿轮75安装在第一齿轮轴74上，第一齿轮轴74安装在轴承62和66中。这些轴承被安装在两个支柱61和65上，这两个支柱被安装在支架55、58的公共部分上。通过使第一齿轮76大于第二齿轮75，刀具基座轴19的倾斜运动将大于第一杠杆轴51和第二杠杆轴52的倾斜运动。

图11图示了根据第五实施例的刀具基座140。图11图示了图10中的设计的替代方案。在图11中，为了增加两个倾斜方向上的倾斜能力，增加了第二齿轮传动器。因此，在该实施例中，轴接头传动组件170包括传动轮，传动轮被配置成增强刀具基座轴19的旋转的传动比。在图11的传动布置中，支架55、58借助于安装在第三接头轴42上的第三齿轮77旋转，第三接头轴42在轴承40中旋转。轴承40和41仍然集成到支撑平台17a中。第三齿轮77被安装在第二齿轮轴79上的、较大的第四齿轮78接合，第二齿轮轴79安装在第十五轴承81上，第十五轴承81也集成到支撑平台17a中。图中包括第二梁82，以示出轴承40和81安装在支撑平台17a的相同结构上。第一刀具连杆26经由第一刀具基座接头25连接到第三杠杆轴80，并且第三杠杆轴80安装在第二齿轮轴79上。因此，第一刀具连杆26的运动将使第四齿轮78旋转，从而也使第三齿轮77旋转，第三齿轮77的旋转又将使支架55、58旋转，从而使整个万向接头系统围绕轴承40和41的共同旋转轴线旋转。第四齿轮78具有比第三齿轮77更大的直径，这意味着刀具基座轴19围绕轴承40和41的轴线将获得更大的倾斜角。因此，第一齿轮76和第二齿轮75将使刀具基座轴19围绕轴承62和66的共同旋转轴线产生大的倾斜角，如图10。与传统齿轮概念(例如在机器人腕部中使用的齿轮)相比，这种齿轮概念的一个优点是两个自由度之间的耦合要低得多。当第一刀具连杆26移动时，万向接头结构和第一杠杆轴51将旋转，但第二刀具连杆29与第一输入轴60的旋转之间的连接的工作范围几乎不受影响。当然，移动第二刀具连杆29以使第一输入轴60旋转，根本不会影响刀具连杆26的工作范围。

图12示出了根据第六实施例的刀具基座140。同样在该实施例中，轴接头传动组件170包括传动轮，传动轮被配置成增强轴19的旋转的传动比。本实施例具有在两个刀具倾斜方向和扭转中增加倾斜能力的可能性。在第六实施例中，还举例说明了使用第三刀具连杆38旋转刀具基座轴19。同样在这种情况下，三个自由度之间的耦合是低的。第三刀具连杆38经由第三刀具基座接头37连接到第二杠杆臂91。由于第二杠杆臂91安装在第五齿轮89上，它将使该齿轮旋转，该齿轮安装在第十六轴承90上，而第十六轴承90又安装在第三齿轮轴88上。第三齿轮轴88安装在梁87上，梁87附接到第四齿轮轴83，而第四齿轮轴83安装在第一齿轮轴74上。较大的第五齿轮89接合较小的第六齿轮84，第六齿轮84经由第十七轴承85安装在第四齿轮轴83上。最后，刀具基座轴19通过搁架86安装在第六齿轮84上。为了清楚起见而引入搁架86，在实际实施方式中，刀具基座轴19将直接安装在第六齿轮84上，其中第十七轴承85位于第六齿轮84下方。针对第二支架55和第三支架58围绕第三接头轴42的旋转，在图中使用了齿条和小齿轮解决方案。刀具连杆26移动齿条95，使第三齿轮77旋转，这里第三齿轮77是一个小齿轮，它安装在第三接头轴42上。用于齿条95的线性轴承(未示出)安装在支撑平台17a上。该图还显示，在万向接头轴线之间引入一定偏移是可能的。因此，具有共同旋转轴线的第八接头轴41和第三接头轴42位于由第一输入轴60构成的交叉轴线的下方。该偏移由轴保持器55b实现。这种偏移将使刀具基座轴19获得更大的旋转角而不会与平台和第三接头轴42的致动传动器发生碰撞成为可能。总之，图12示出了可以如何通过刀具连杆26、29和38的致动来获得对刀具基座轴19的三个DOF大角度控制。

图13图示了根据第七实施例的刀具基座140。这里图示了紧凑的机械解决方案，以增加在两个倾斜方向的倾斜能力。第七实施例举例说明了在需要获得刀具基座轴19在各个方向上高达+/-90度的倾斜时，如何布置两个DOF情况下的齿轮传动器，以避免碰撞。现在第四齿轮78已经下降，并且用于第一刀具连杆26的第三杠杆轴80指向下方。用虚线表示的物体82a图示了支撑平台17a的保持第十一轴承40和第十五轴承81的部分，并且第三杠杆轴80在平台部分82a之外旋转。这样，当刀具基座轴19围绕第一齿轮轴74旋转时，齿轮传动78-77不会干涉。与前面的图相比的另一个变化是，通过第三梁93和第四梁94保持第九轴承47和第十八轴承180，和通过第五梁92保持第十三轴承62，使万向接头结构变得更薄。图中未看到安装在第三接头轴42上的、用于第一输入轴60的另一轴承(在第一齿轮76后面)。第一齿轮76刚性地安装在第一输入轴60上，并且第二齿轮75安装在第一齿轮轴74上，同样地刀具基座轴19也安装在第一齿轮轴74上。与前面的图有关的另一个区别是，第三接头轴42现在穿过整个万向接头，并因此安装在第十一轴承40和第十二轴承41中，这两个轴承又集成到支撑平台17a的第一山墙(gable)82a和第二山墙82b(也称为支撑平台17a的U形形状部分)中。第一杠杆轴51以这样的方式安装，即当刀具基座轴19围绕第三接头轴42旋转+/-90度时，第一杠杆轴51不会与支撑平台17a碰撞。如果第一输入轴60被延长到第三接头轴42的另一侧，使得第一杠杆轴51有可能安装在第三接头轴42的那一侧，那么会获得第一杠杆轴51的更好的安装效果。这样，当第一杠杆轴51不需要在第一齿轮76的外部时，第一杠杆轴51可以更靠近第三接头轴42。因此，在图8-13中，支架是由经由两个轴42、43枢转地连接到支撑平台17a的支架组件形成的，以围绕第一旋转轴线(图中所示情况下的Xp轴线，但可以是Xp/Yp平面内的任何轴线)枢转。传动轮经由第一输入轴60枢转地连接到支架组件，以围绕第二旋转轴线(图中所示情况下的Yp轴线)枢转，其中第一旋转轴线垂直于第二旋转轴线。

图14A图示了根据另一实施例的PKM。在本实施例中，支撑平台17a由五个支撑连杆8、9，10，12、13支撑。与图1至图4所示的实施例相比，支撑连杆11已经被移除。此外，支撑平台17a被设计为旋转单元，其可以是如图14A所描绘的轴。旋转单元相对于所有支撑接头8a、9a、10a、12a、13a旋转，并穿过所有支撑接头8a、9a、10a、12a、13a。支撑接头8a、9a、10a、12a、13a优选根据图14B设计。这里，每个支撑接头包括轴承100c。旋转单元形状的支撑平台17a安装在每个支撑接头的轴承100c的内部。当旋转单元是轴或类似物时，五个这样的轴承中的每一个则都具有相同的重合旋转中心线。只要每个轴承的中心线基本上是平行的，其他形状旋转单元也是可能的。为了简化控制和简化下面的描述，从现在起假定旋转单元是轴，而轴承100c被称为轴的轴承。

在根据图14B的支撑接头的实施例中，一对连接轴承100a和100b安装在轴的轴承100c上，连接轴承100a和100b的共同旋转轴线与轴的轴承100c的旋转轴线垂直(并相交)。安装件110和111对应于连接轴承100a和100b在轴的轴承100c的外轴承环上的安装件。五个支撑连杆8、9，10，12、13经由第一梁114以及第二和第三梁112和113安装在连接轴承100a和100b的外环上。当然，就梁112-114而言，这些零件可以形成一个运动学上等效的零件，并有效地制造。如果每个支撑连杆围绕其中心轴线的一些零空间旋转是可以接受的(为了精度和布线)，根据图14B的支撑接头可以代替地由杆端组成，这导致成本降低，但在Xb方向的刚度也较低。根据图14B对所有五个连杆的布置，支撑平台17a可以自由旋转，因为没有安装在支撑平台17a上的连杆限制其旋转自由度。该自由平台旋转可以用于减少轴接头24的自由度数量(一个自由度)。在图3和图4的情况下，当刀具基座轴19只围绕与基坐标系的Xb轴线和Yb轴线平行的轴线旋转时，需要只有一个自由度的轴接头24，如图14C所例示的。这里，第三轴承24a和第四轴承24b具有与支撑平台17a的旋转轴线垂直的共同旋转轴线。应注意的是，尽管轴承24a、24b的共同旋转轴线在图14C被示出为与支撑平台17a的旋转相交，但这不是必须的。相反，通过使轴承24a、24b径向远离刀具平台17b移动，并使该轴中空，对腕部动作或末端执行器动作的致动可以更容易地通过支撑平台17a传递到刀具平台17b。

在图14A中，根据图14C中的设计的轴接头24仅被示意性地说明为圆形，并且为了图的清晰，轴接头24安装在支撑平台17a的端部。为了获得更高的刚度，它应该安装在支撑平台17a的中间，在支撑接头8a、9a、10a、12a、13a之间。在图14A中，支撑连杆8、9，10，12、13的安装方式是，支撑平台17a的自由度是平行于基坐标系7b的Xb轴线旋转。该连杆结构也可以安装成使得支撑平台的旋转轴线与基坐标系的Yb轴线或Zb轴线平行。在所有三种情况下(轴状支撑平台17a的x向旋转、y向旋转和z向旋转)，连杆对8-9和12-13应该通过具有基本相同的长度的、成对平行连杆形成平行四边形。对于三种情况中的每一种，平行四边形在与轴状支撑平台17a的方向对应的方向上安装。在本实施例中，第一支撑连杆组SL1、第二支撑连杆组SL2和第三支撑连杆组SL3被构造成约束支撑平台17a在五个自由度(DOF)上的运动。注意到图14A中没有包括刀具连杆组(TL)，它们当然应该根据本文所述的任何一个实施例连接到刀具平台17b。可选地，图14A中轴形状的支撑平台17a可以提供有旋转的传动器。然后，旋转的传动器可以包括，例如经由杠杆或反铲机构连接在托架和支撑平台17a之间的刀具连杆组。也就是说，由于图14A中支撑平台的旋转特性，刀具连杆组的刀具连杆可以经由杠杆或反铲机构作用在处于轴形状的支撑平台17a上，从而在刀具平台17b周围提供更多的操作空间。

如果在图14A中移除支撑连杆8、9、12或13中的一个，只留下四个支撑连杆连接到支撑平台17a，则支撑平台17a将为刀具基座轴19多提供一个自由度，这意味着一个DOF的刀具基座轴接头19将使刀具平台17b的两个自由度旋转成为可能。图14A中的概念具有自由旋转的、处于轴形状的支撑平台17a，其优点是旋转是无限的。在没有这种无限制旋转的要求的情况下，就有可能通过图15举例说明的设计来获得支撑平台17a的自由的旋转自由度。这里，支撑平台17a将为刀具基座轴19提供围绕与基坐标系7b的Yb轴线平行的轴线的旋转。然后，轴接头24将需要提供与Xb轴线平行的旋转轴线，以便使刀具基座轴19能够在两个不同的方向上倾斜。这样的轴接头24在图15B中示出。轴承24a、24b的内环安装在梁115上，梁115又安装在支撑平台17a上。轴承24a、24b具有垂直于平台17a的旋转轴线(在这种情况下是基坐标系的Yb轴线)的公共旋转轴线。如图14C所示，刀具基座轴19被安装在轴承24a、24b的外环上。

图15A还演示了在同一路径(这里是指第三路径3)上有两个托架(这里是指第二托架5和第三托架6)，这意味着只需要两个路径。然而，这将减少工作空间，但对于狭长的工作对象来说是有意义的。与图14的概念一样，支撑平台17a的不受约束的旋转轴线可以有不同的方向，图15中支撑平台的自由旋转轴线也可以设计为与基坐标系的Xb轴线、Yb轴线或Zb轴线平行。

在图14A和15A的实施例中，第一支撑连杆组SL1、第二支撑连杆组SL2和第三支撑连杆组SL3被构造成约束支撑平台17a在五个自由度(DOF)上的运动。

当然，移除两个连杆并且针对支撑平台17a仅使用四个连杆是可能的。结果将是，具有一个DOF的轴接头24将赋予刀具基座轴19三个DOF，该轴接头24由三个刀具连杆控制。然而，这样的PKM将具有低刚度，并且典型地对于具有大的刀具力和/或刀具扭矩的应用没有吸引力。

图16图示了PKM的另一替代连杆构型。PKM包括连接到支撑平台17a以约束六个DOF的六个支撑连杆。然而，第三支撑连杆组SL3现在包括三个支撑连杆11、12和13，而第二支撑连杆组SL2包括仅一个支撑连杆10。第一支撑连杆组SL1仍然包括两个支撑连杆8、9。支撑连杆组的支撑连杆平行且具有相同的长度。这种并联运动结构在处于组装模式P2b时的构型控制方面和在平台旋转的控制方面有一些优势。应当理解，如在本文中的实施例中所解释的任何刀具连杆组装置可以与图16的PKM组合使用。因此，图16中的PKM例如是图1中图示的PKM的替代方案。

在图10所示的轴接头传动组件的第二个实施例中，第一刀具连杆26和第二刀具连杆29分别安装在独立的轴上，即第二杠杆轴52和第一杠杆轴51。在某些情况下，有利的是使刀具连杆26、29彼此靠近，然后共用同一杠杆轴。这样的布置在图18中示出，图18图示了根据第八实施例的刀具基座。这里，第一刀具连杆26和第二刀具连杆29分别经由第一刀具基座接头25和第二刀具基座接头28以及杆210安装在公共控制杠杆轴209上。第一刀具连杆26和第二刀具连杆29分别经由第一刀具基座接头25和第二刀具基座接头28布置到杆210，并且杆210刚性地安装在公共控制杠杆轴209与第一刀具基座接头25和第二刀具基座接头28之间。控制杠杆轴209安装在第一输入轴60上，第一输入轴60在其端部中有第九轴承47和第十轴承48。这些轴承47、48安装在由第一支架梁204、第二支架梁205、第三支架梁206、第四支架梁207、第五支架梁208a和第六支架梁208b形成的支架中。支架梁刚性地安装在一起，并形成矩形体，矩形体的中间有一个通孔。第一齿轮轴74通过第十三轴承62和第十四轴承66也安装在支架上。第一输入轴60和第一齿轮轴74是平行的并包括齿轮传动器，其中第一齿轮76安装在第一输入轴60上，而第二齿轮75安装在第一齿轮轴74上。为了获得大于1的传动比，输入第一齿轮76具有比输出第二齿轮75更大的直径。刀具平台17b经由刀具基座轴19安装在第一齿轮轴74上。因此，通过控制刀具连杆26、29，使控制杠杆轴209围绕支撑平台坐标系的Yp轴线旋转，那么刀具基座轴19将以比控制杠杆轴209更大的角度、围绕第一齿轮轴74的中心轴线旋转。当控制杠杆轴209被控制为围绕Xp轴线旋转时，整个支架将围绕安装在支架上的第十九轴承200和第一机构轴承202的公共中心轴线旋转。因此，一个或更多个刀具连杆组TL1、TL2、TL3经由各自的刀具基座接头25、28和一个或更多个杠杆轴209连接到第一输入轴60。第十九轴承200安装在第九接头轴201上，并且第一机构轴承202安装在第一机构轴203上。第九接头轴201和第一机构轴203依次安装在支撑平台17a上(参见前面的图)。因此，轴接头24在这里包括第一机构轴承202和第十九轴承200。因此，其功能是，当控制杠杆轴209被控制为围绕Xp轴线和Yp轴线旋转时，刀具平台17b将以围绕Xp轴线的放大率＝1和围绕Yp轴线的放大率>1倾斜。Yp轴线与第一输入轴60的旋转轴线平行。Xp轴线垂直于Yp轴线，并与第九接头轴201和第一机构轴203的公共旋转轴线平行。

图19图示了根据第九实施例的刀具基座。图19图示了与图18相同的概念。不同的是，现在控制杠杆轴209的旋转放大是围绕Xp轴线进行的，而不是像图18中那样围绕Yp轴线。因此，第一输入轴60现在在Xp方向上定向，并且当刀具连杆26、29被控制以使控制杠杆轴209围绕Xp轴线旋转时，刀具基座轴19将以比控制杠杆轴209更大的角度倾斜。当控制杠杆轴209围绕Yp轴线旋转时，刀具基座轴19将以与控制杠杆轴209相同的角度倾斜。因此，在图18-19中，支架是由经由两个轴201、203枢转地连接到支撑平台17a的支架组件形成的，以围绕第一旋转轴线(图中所示情况下的Xp轴线，但可以是Xp/Yp平面内的任何轴线)枢转。传动轮经由第一输入轴60枢转地连接到支架组件，以围绕第二旋转轴线(图中所示情况下的Yp轴线)枢转，其中第一旋转轴线垂直于第二旋转轴线。

图18和19图示了一个概念，即获得与图3中的刀具连杆TL的安装方式相同的优势，其中刀具连杆26、29彼此靠近安装，并有一个公共控制杠杆轴209(对应于图3中的刀具轴)。因此，有可能在围绕第一轴线的+/-50度范围的旋转中保持完全刚度，同时获得围绕第二轴线的大旋转(例如+/-100度)。对于第二轴线来说，在齿轮组件的输入轴上都获得了完全刚度，而唯一的刚度降低由齿轮组件引起，这当然也可以是图9中的反铲。这些特征通过以下特征单独地或组合地获得：用于安装刀具基座接头25、28的控制杠杆轴209安装在放大第一输入轴60的旋转的组件(齿轮或反铲)的第一输入轴60上；第一输入轴60和第一齿轮轴74在公共结构中安装有轴承47、48，公共结构又在支撑结构中安装有轴承200、202；刀具轴19安装在输出轴上。当控制杠杆轴209在第一方向上旋转时，输入轴60相对于公共结构旋转，并且当杠杆轴在与第一方向正交的第二方向上旋转时，整个公共结构将围绕支撑结构的轴201、202旋转。

图20图示了根据第十实施例的刀具基座。更详细地说，图20图示了用于获得控制杠杆轴209围绕Xp轴线和Yp轴线两者的倾斜的放大的解决方案。因此，控制杠杆轴209安装在第二输入轴211上，第二输入轴211的旋转中心沿着阴影线247(也称为另一远侧旋转轴线247)。第二输入轴211通过第二十一轴承212安装在包括第七支架梁213和第八支架梁300的支架中。第七支架梁213和第八支架梁300彼此刚性地安装，并且当安装时具有U形形状。第八支架梁300安装在第十九轴承200上，并且具有与Yp方向平行的旋转轴线219(也称为近侧旋转轴线)。第十九轴承200又安装在第九接头轴201上，第九接头轴201安装在支撑平台17a上(参见前面的图)。第七支架梁213安装在第一机构轴承202上，第一机构轴承202具有的旋转轴线沿着阴影线219，平行于Yp方向。第一机构轴承202安装在第一机构轴203上，第一机构轴203安装在支撑平台17a上。第一齿轮216安装在第一机构轴203上，但也可以以其他方式直接安装在支撑平台17a上。为了简化绘图，第七支架梁213经由第一机构轴承202的外环，在图中刚性地连接到第一支撑臂214。对图中其他轴承作了同样的绘图简化。第二机构轴承215安装在第一支撑臂214的端部。第二机构轴承215的旋转轴线由被称为远侧旋转轴线的阴影线220给出，该远侧旋转轴线平行于阴影线219。第二机构轴218安装在第二机构轴承215中，并且第二机构轴218通过与第一齿轮216接合的第二齿轮217旋转。第二机构轴218连接到第十支架梁222，在第十支架梁222上安装具有另一近侧旋转轴线246的另一第二机构轴承235。另一第二机构轴234安装到该另一第二机构轴承235中，并借助第三齿轮233与另一近侧旋转轴线246一起旋转。支撑刀具平台17b的刀具基座轴19安装在该另一第二机构轴234上。另一第二机构轴承235通过第五支架梁223和第六支架梁224连接到第二十四轴承225。第二十四轴承225的旋转轴线，即远侧旋转轴线，被表示为220，并且第二十四轴承225安装在第十四接头轴226上，该第十四接头轴经由第七支架梁227刚性地连接到八支架梁300。支架梁或臂部分300、213、214、227一起形成一个支架，并且支架梁222、224一起组成另一个支架。

第二输入轴211连接到万向接头228，万向接头228又连接到第十五接头轴230，第十五接头轴230与另一近侧旋转轴线246一起安装在第二十五轴承231中。第二十五轴承231安装在第五支架梁223和第六支架梁224之间。第二十六轴承229a和第二十七轴承229b安装在第四齿轮232的内环上，而第十五接头轴230直接连接到第四齿轮232、或连接到第二十六轴承229a和第二十七轴承229b。第四齿轮232接合第三齿轮233。

现在，以控制杠杆轴209围绕Xp轴线旋转的方式控制被致动的刀具连杆26和29，第二输入轴211将旋转，因此第四齿轮232也将经由万向接头228旋转。第四齿轮232的旋转轴线由第十五接头轴230控制。第四齿轮232将使第三齿轮233旋转，并因此将改变刀具基座轴19的倾斜角。由于该输入第四齿轮232的直径大于输出第三齿轮233的直径，所以诱发的刀具基座轴19的倾斜角将大于控制杠杆轴209的控制倾斜角。

现在，假设控制杠杆轴209被控制成围绕平行于Yp轴线的轴线旋转。然后，由第七支架梁213和部分214、300、227形成的支架将借助于第十九轴承200和第一机构轴承202围绕近侧旋转轴线219旋转。例如，如果进行旋转使得第二机构轴承215沿着负Zp方向(图中向下)移动，则第二齿轮217将围绕Yp轴线顺时针旋转，而另一第二机构轴承235和第二十五轴承231将在负Zp方向上进一步移动。因此，结果将是另一第二机构轴234和第十五接头轴230围绕远侧旋转轴线220旋转，使得第四齿轮232和第三齿轮233围绕远侧旋转轴线220旋转。然而，由于万向接头228，第二输入轴211仍然可以围绕第十五接头轴230旋转第四齿轮232。由于另一第二机构轴234围绕远侧旋转轴线220旋转，所以刀具基座轴19和刀具平台17b也将围绕远侧旋转轴线220旋转。然而，相对于支撑平台17a，刀具基座轴19将随着控制杠杆轴209围绕近侧旋转轴线219的旋转和另一第二机构轴234围绕远侧旋转轴线220的旋转之和而旋转。

因此，图20示出了并联运动解决方案，使得可以将两个刀具基座接头25、28连接到公共控制杠杆轴209。该功能是基于前面提到的特征获得的，该特征是将用于安装刀具基座接头25和28的控制杠杆轴209安装在放大了第二输入轴211的旋转的组件(齿轮或反铲)的第二输入轴211上。第二输入轴211和输出轴234通过公共结构227、223、224中的轴承231、235来安装，公共结构227、223、224又安装在带有轴承200、202的支撑结构213、214、221、227、223、224中。刀具轴19安装在第二机构轴234上。为了得到2个DOF的平行放大，支撑结构被分成两个支撑结构，通过至少一个轴承(215)连接。第一支撑结构213、214、221、227通过轴承200、202安装在支撑平台17a上。第二支撑结构通过轴承215、225安装在第一支撑结构上。第二支撑结构借助传动器(齿轮或连杆)相对于第一支撑结构倾斜，其中到传动器的输入端(图中具有第一齿轮216的第一机构轴203)固定地安装在支撑平台17a上。此外，第二输入轴211经由传动器连接到第二支撑结构，该传动器，例如万向接头或连杆装置，可以以一定角度将旋转传递到刀具平台17b。

图21图示了根据第十一实施例的刀具基座。图21示出了用简单的连杆传动器代替前面图中的齿轮的可能性，将结合下面的图(特别是图24)进一步解释。如果控制杠杆轴209被控制成围绕平行于Yp轴线的轴线旋转，则支架梁300、213和第一支撑臂214将围绕由第十九轴承200和第一机构轴承202限定的近侧旋转轴线219旋转。第十九轴承200的第九接头轴201安装在支撑平台17a上，并且第一机构轴承202的第一机构轴203也安装在支撑平台17a上。第一机构连杆238经由第一传动轴承237刚性地连接到支撑平台17a。在图中，第一传动轴承237安装在第一机构杠杆臂236上，第一机构杠杆臂236安装在第一机构轴203上，第一机构轴203安装在支撑平台17a上。在另一端，第一机构连杆238经由第二传动轴承240安装在第二机构杠杆臂239上。第一机构杠杆臂239安装在第二机构轴218上，第二机构轴218安装在第二机构轴承215中。第十支架梁222安装在第二机构轴218上。现在，假设连接第一机构轴承202与第二机构轴承215的第一支撑臂214围绕近侧旋转轴线219旋转，使得第二机构轴承215在图中向上移动。然后，第一机构连杆238将通过围绕远侧旋转轴线220旋转来迫使第十支架梁222向上移动。相对于支撑平台17a，第十支架梁222的旋转将是围绕旋转轴线219和220旋转的和。由于第十支架梁222经由另一个机构连接到刀具平台17b，该另一个机构包括另一第一机构轴承248、第十六接头轴249、第四轴250、另一第二机构轴承235、另一第二机构轴234(与另一第一机构连杆243平行)、和刀具基座轴19，所以刀具平台17b的旋转将是控制杠杆轴209的旋转和第二机构轴218的旋转之和。例如，如果控制杠杆轴209旋转50度，并且连杆装置236-239被设计成提供额外的50度旋转，则刀具平台17b可以围绕平行于Yp轴线的轴线倾斜100度。

现在，如果刀具连杆26、29被控制以使控制杠杆轴209围绕Xp轴线旋转，则第二输入轴211将经由万向接头228使第十六接头轴249旋转。当第十六接头轴249旋转时，第四轴250将摆动，并且由于另一第一机构连杆243，另一第二机构轴234将围绕另一远侧旋转轴线247旋转。然而，另一第二机构轴234也将围绕另一近侧旋转轴线246旋转，并且总体上，刀具基座轴19和刀具平台17b将随着第十六接头轴249相对于支撑平台17a的旋转和另一第二机构轴234相对于第四轴250的旋转之和而旋转。另一第一机构连杆243经由第三十一轴承242安装在第五轴241的一侧上。第五轴241在图中经由另一第一机构轴承248的外环刚性地安装在第十支架梁222上。在另一侧，另一第一机构连杆243经由第三十二轴承244安装在第六轴245上。第六轴245安装在另一第二机构轴234上，该第二机构轴234安装在另一第二机构轴承235中。因此，例如向下旋转第四轴250，将使另一第二机构轴234围绕另一远侧旋转轴线247(其平行于Xp轴线)沿着与第十六接头轴249相同的方向旋转。

因此，图21与图20具有相同的基本结构，但这里的齿轮已经换成了连杆238，243。重要的特征是，这些连杆安装有杠杆236/239和241/245，它们相对于连杆处于不同方向。这意味着接头237和240在由轴承202和215的旋转中心限定的平面的相对侧上，并且接头242和244在由轴承248和235的旋转中心限定的平面的相对侧上。输入杠杆固定地安装在上述结构上，即用于第一机构杠杆臂236的支撑平台17a和用于第二机构杠杆臂241的第二支撑结构(这里是指第十支架梁222)。由此获得的功能是刀具轴19围绕轴线219和220的旋转将是前述结构和下一结构的旋转之和。同样，刀具轴19围绕轴线246和247的旋转是轴211和轴234的旋转之和。上述结构213、222的旋转是控制杠杆轴209围绕轴线219的旋转，而轴211的旋转是控制杠杆轴209围绕轴线246的旋转。

图22图示了根据第十二实施例的刀具基座。图22示出了与图21相同的基本结构，不同之处在于万向接头228已被连杆传动器所取代。因此，第二输入轴211的旋转将使连接到其上的连杆253向上或向下移动，并因此使第四轴250围绕另一近侧旋转轴线246旋转。连杆253在每一端都具有接头，其中上接头254安装在第四杠杆轴255上，而下接头252安装在梁251上。梁251安装在第四轴250上(在图中，经由另一第二机构轴承235的外环安装在第四轴250上)。一般来说，在图20-23中，支架由支架组件形成，该支架组件经由两个轴201、203枢转地连接到支撑平台17a，以围绕第一旋转轴线枢转，第一旋转轴线这里是指近侧旋转轴线219(在图中所示情况下与Yp轴线平行)。连杆传动器经由第二输入轴211枢转地连接到支架组件，以围绕第二旋转轴线枢转，第二旋转轴线这里是指另一近侧旋转轴线246(在图中所示的情况下与Xp轴线平行)，其中第一旋转轴线垂直于第二旋转轴线。

图23a图示了根据第十三实施例的刀具基座140。图23a图示了将图24中所示类型的两个模块并联的可能性。因此，图23a中的机构连杆268和另一机构连杆279与图24中的第一机构连杆238具有相同的功能。万向接头的万向接头十字261的第三十三轴承262a和第三十四轴承262b连接到支撑平台17a(或者在一般情况下是机械臂)。具有轴承对262a、262b和263a、263b的万向接头装置用于获得高刚度。然而，当然可以仅使用两个轴承来获得旋转轴线276b和281b。第三十三轴承262a和第三十四轴承262b也可以称为第一机构轴承。这里，第三十三轴承262a和第三十四轴承262b包括在轴接头24中。机构连杆268经由第一传动接头267、臂266和第三十四轴承262b的外环连接到轴260。这与图24中的第一机构连杆238、第一传动轴承237和第一机构杠杆臂236相对应。机构连杆268的另一端经由第二传动接头269(与图23a和图23b的第二传动轴承240相比)连接到连杆组合270-271(与图23a和图23b的第二机构杠杆臂239相比)。致动该刀具连杆26和29以使第一支撑臂264(经由控制杠杆轴209、第二十八轴承263a和第二十九轴承263b和万向十字)围绕第一近侧旋转轴线281b(由第三十三轴承262a和第三十四轴承262b限定)旋转，将使刀具平台17b和刀具基座轴19围绕第一近侧旋转轴线281b旋转。同时，机构连杆268将经由连杆组合270-271使第一远侧轴272旋转，并因此使刀具基座轴19和刀具平台17b也围绕第一远侧旋转轴线281a旋转。因此，具有刀具平台17b的刀具基座轴19将以围绕旋转轴线281a和281b的旋转之和进行旋转。为了多获得一个自由度，第十八接头轴265用于安装臂277，该第十八接头轴265是万向接头261的十字轴中的伸长轴(elongation one)。另一机构连杆279在每一端分别具有另一第一传动接头278和另一第二传动接头280，另一第一传动接头278连接到臂277，而另一第二传动接头280连接到臂281。另一臂282安装在第二远侧轴274上，第二远侧轴274通过另一第二机构轴承275安装在第一支撑臂264上。刀具平台17b经由刀具基座轴19、第二十接头轴271和第三十六轴承273连接到第二远侧轴274。现在，如果刀具连杆26、29被控制为使第一支撑臂264围绕第二近侧旋转轴线276b旋转，则刀具平台17b将围绕第二远侧旋转轴线276a和第二近侧旋转轴线276b两者旋转，并且旋转是叠加的。这种结构在以两个自由度分别地进行旋转的应用中最为有用。换句话说，轴接头24限定第一近侧旋转轴线281b和垂直于第一近侧旋转轴线281b的第二近侧旋转轴线276b。刀具基座140还包括限定第一远侧旋转轴线281a的第一远侧轴272。刀具基座140还包括第二远侧轴274，第二远侧轴274限定垂直于第一远侧旋转轴线281a的第二远侧旋转轴线276a。刀具基座轴19被布置成随着第一远侧轴272围绕第一远侧旋转轴线281a的运动和第二远侧轴274围绕第二远侧旋转轴线276a的运动而旋转。刀具基座140还包括第一支撑臂264，第一支撑臂264将轴接头24枢转地连接到第一远侧轴272和第二远侧轴274。刀具基座140还包括连接在轴接头24和第一远侧轴272之间的第一传动连杆组(gearing linkage)266、267、268、269、270，第一传动连杆组被布置成将第一支撑臂264围绕第一近侧旋转轴线281b的旋转转换为刀具基座轴19的围绕第一远侧旋转轴线281a的、相应增强的旋转运动。刀具基座140还包括连接在轴接头24和第二远侧轴274之间的第二传动连杆组277、278、279、280、281，该第二传动连杆组被布置成将第一支撑臂264围绕第二近侧旋转轴线276b的旋转转换为刀具基座轴19的围绕第二远侧旋转轴线276a的、相应增强的旋转运动，因此，实现了增强的、两个DOF的旋转运动。

如图所示23a中，第一传动连杆组266、267、268、269和第二传动连杆组277、278、279、280、281中的每一个包括成对的第一传动接头267、278和第二传动接头269、280，机构连杆268、279和机构杠杆270、281。机构连杆268、279在每一端连接到第一传动接头267、278和第二传动接头269、280中的一个。第一传动接头267、278在距第一近侧旋转轴线281b一定距离处与轴接头24连接。第二传动接头269、280经由机构杠杆270、281连接到第一远侧轴272或第二远侧轴274。每一对中的第一传动接头267、278和第二传动接头269、280分别布置在由第一远侧旋转轴线281a和第一近侧旋转轴线281b限定的平面的不同侧，或分别布置在由第二远侧旋转轴线276a和第二近侧旋转轴线276b限定的平面的不同侧。换句话说，如果第一传动接头267布置在由第一远侧旋转轴线281a和第一近侧旋转轴线281b限定的平面的第一侧，则第二传动接头269布置在该平面的另一侧。如果另一第一传动接头278布置在由第二远侧旋转轴线276a和第二近侧旋转轴线276b限定的平面的第一侧，则另一第二传动接头280布置在该同一平面的另一侧。图23a中的传动机构500可以用图24-30中图示的传动机构中的一个或更多个实施例来补充，并且这些实施例将在接下来的文字中解释。

图23b显示了图23a的替代版本，其中传动接头267和278已经被移动，分别安装在旋转轴线276b和281b上的位置上。以这种方式，将减小围绕旋转轴线276b和281b的旋转之间的耦合。该图还示出了将控制杠杆轴209安装在轴承263a和263b之一上的可能性，这将避免控制杠杆轴209与机构连杆268和279之间的碰撞。这里的万向接头十字261以90度相对于支撑平台17a安装，这意味着刀具平台17b的旋转相对于图23a的设计将有90度的偏移。为了视图清晰起见，图23b中没有图示刀具连杆26和29，但当然要包括刀具连杆26和29以控制刀具平台17b的运动。

图24图示了根据第十四实施例的刀具基座140。更详细地说，图24图示了基本模块，该基本模块包括具有传动机构500的轴接头传动组件，用于独立地获得在前面的图21至23中所示的实施例中的控制杠杆轴209的旋转的放大。在一些实施例中，传动机构500更换了先前使用的、包括图18-20中的齿轮216、217的传动机构。应当理解，第一机构轴203被固定到如前所述的支撑平台17a或其他先前的机械系统。第一支撑臂214被配置成通过第一机构轴承202围绕第一机构轴203旋转。在第一支撑臂214的另一端具有第二机构轴承215，第二机构轴218安装在第二机构轴承215中。第一机构杠杆臂236安装在第一机构轴203上，并且相应的第二机构杠杆臂239安装在第二机构轴218上。在第一机构杠杆臂236和第二机构杠杆臂239之间，安装了具有第一传动轴承237和第二传动轴承240的第一机构连杆238。第一机构杠杆臂236和第二机构杠杆臂239相对于第一机构连杆238在不同方向上安装。旋转第一支撑臂214将使第二机构轴218以比第一支撑臂214旋转的角度更大的角度旋转。因此，换句话说，传动机构500包括第一支撑臂214、通过第一支撑臂214连接的第一机构轴承202和第二机构轴承215。第一机构轴203限定近侧旋转轴线219。第一机构轴承202安装到第一机构轴203。第一机构轴203刚性地连接到支撑平台17a。第二机构轴218限定远侧旋转轴线220。第二机构轴承215安装到第二机构轴218。传动连杆组将第一机构轴203连接到第二机构轴218。传动连杆组包括第一传动接头(这里是指第一传动轴承237)，第二传动接头(这里是指第二传动轴承240)，以及机构连杆238。机构连杆238经由第一传动轴承237连接到支撑平台17a，并且经由第二传动轴承240连接到第二机构轴218。第一传动轴承237和第二传动轴承240布置在由近侧旋转轴线219和远侧旋转轴线220限定的平面的不同侧。传动机构500被布置成将第一支撑臂214围绕近侧旋转轴线219的旋转转换为刀具基座轴(19)的围绕远侧旋转轴线220沿着与第一支撑臂214相同的方向的、相应增强的旋转运动。

除了只使用图24所示类型的单个模块外，还可以连接两个或三个这样的模块，以获得具有2个或3个自由度的腕部。它们可以相对于支撑平台、机械臂或机械臂系统在不同的方向上定向。因此，近侧旋转轴线219可以平行于Xp轴线、Yp轴线或Zp轴线。为了进一步增强旋转放大，可以将两个或更多个模块串联连接，然后使两个模块的近侧旋转轴线219平行。第二模块的第一机构杠杆臂236安装在第一模块的第一支撑臂214上。在这种情况下，第二模块也可以安装在第一模块的相反方向上。然而，随后需要将第一模块的第一机构杠杆臂236和第二机构杠杆臂239安装在第一机构连杆238的同一侧。增强旋转能力的另一种方法是用例如反铲机构的连杆系统来制作更复杂的连杆系统来代替第一机构连杆238。

图25示出了根据第十五实施例的刀具基座140。图25图示了增强图24所示模块类型的旋转放大的另一种方法。这里，被称为第三机构轴402的中间轴线轴被放置在第一机构轴203和第二机构轴218之间。第三机构轴402安装在第三机构轴承403中，第三机构轴承403安装在第一支撑臂214上。在新的第三机构轴承403和第二机构轴承215之间安装新的第二支撑臂214b。因此，第一支撑臂214补充有第二支撑臂214b。实际上，第一支撑臂214和第二支撑臂214b形成具有三个轴承202、403和215的公共支撑臂。与前面一样，第一机构轴203安装在支撑平台或机械臂上，并且第一传动轴承237同样安装在支撑平台或机械臂上，第一传动轴承237在图中安装在第一机构杠杆臂236上，第一机构杠杆臂236应该直接安装在支撑平台17a或机械臂上。杠杆臂401现在安装在第三机构轴402上，当第一支撑臂214和第二支撑臂214b围绕固定的第一机构轴203旋转时，杠杆臂401将因此旋转。具有梁406和407的杠杆臂安装在第三机构轴402上(优选地，401+406+407是共同的机械结构)。第一连杆轴承408安装在杠杆臂部分407上，并经由连杆409和轴承283连接到第二机构杠杆臂239。现在，当围绕近侧旋转轴线219旋转臂214+214b时，例如顺时针旋转，第三机构轴402将围绕第三远侧旋转轴线404顺时针旋转，这意味着第三机构轴402将以臂214+214b围绕固定的第一机构轴203的旋转和第三机构轴402围绕臂214+214b的旋转之和而相对于固定的第一机构轴203旋转。现在，由部件406、407、408、409、283和239形成的连杆装置形成反铲装置，其放大第三机构轴402相对于臂214+214b的旋转。因此，第二机构轴218(也称为输出轴)相对于固定的第一机构轴203的旋转将是臂214+214b围绕固定的第一机构轴203的旋转和第三机构轴402围绕臂214+214b的反铲放大旋转之和。在臂214+214b旋转+/-50度的情况下，可以获得输出轴的高达+/-140度的旋转。换句话说，传动机构500包括限定另一远侧旋转轴线404的第三机构轴402和第三机构轴承403。第三机构轴402经由第三机构轴承403连接到第一支撑臂214。第一支撑臂214补充有第二支撑臂214b。第三机构轴承403安装在第一支撑臂214上，并且第二机构轴承215安装在第二支撑臂214b上。第二支撑臂214b安装在第一支撑臂214上。连杆238、406、407、409、239经由第三机构轴承403和第三机构轴402将第一支撑臂214与第二机构轴218连接。第一支撑臂214和第二支撑臂214b彼此刚性安装。

图26图示了根据第十六实施例的刀具基座140。图26图示了使第三机构轴402代替图25中的第二机构轴218成为输出轴的可能性。因此，反铲连杆组406-401此时在从第二机构轴218到第三机构轴402的方向上工作。这也意味着第一机构连杆238现在将支撑平台17a或机械臂与第二机构轴218而不是与如图25中的第三机构轴402连接。图26中的装置的优点是，第三机构轴402将更接近第一机构轴203，减少相对于连接到输出轴的刀具的围绕第一机构轴203的惯性。此外，由于第二机构杠杆臂239不从臂214+214b向外指，因此该结构将更短。第二机构轴承在这里表示为400。如果第一传动轴承237安装在第一机构轴203的上方，则第二机构轴承400安装在第二机构轴218的下方。相反的关系当然也成立。

图27图示了根据第十七实施例的刀具基座。图27中的实施例图示了，通过图27中的装置，有可能进一步减少机械结构的长度和相对于刀具的惯性，其中旋转轴线219和404重合。与图26相比，第二支撑臂214b已经移除，并且第二机构轴218已经移动到第三机构轴402在图26中所在的位置。因此，第二机构轴218经由第二机构轴承215安装在第一支撑臂214上，并且当第一支撑臂214围绕固定的第一机构轴203旋转时，第二机构轴218通过第一机构连杆238旋转。当第二机构轴218旋转时，连杆409将以与图26相同的方式使输出第三机构轴402旋转。第三机构轴402在第三机构轴承403中旋转，其旋转中心是与第一机构轴承202的近侧旋转轴线219重合的第三旋转轴线404。第三机构轴承403通过第二支撑臂214b安装在第一支撑臂214上，第二支撑臂214b，这里是指机械接口，布置在第一支撑臂214。如果第一传动轴承237安装在第一机构轴203的下方，则第二传动轴承400安装在第二机构轴218的上方。相反的关系当然也成立。更详细的是，图27中的传动机构500包括限定另一远侧旋转轴线404的第三机构轴402和第三机构轴承403。第三机构轴402经由第三机构轴承403连接到第一支撑臂214。第一支撑臂214补充有第二支撑臂214b。第三机构轴承403安装在第一支撑臂214上，并且第二机构轴承215安装在第二支撑臂214b上。第二支撑臂214b安装在第一支撑臂214上。连杆238、406、407、409经由第三机构轴承403和第三机构轴402将第一支撑臂214与第二机构轴218连接。第一支撑臂214和第二支撑臂214b彼此刚性安装。

对于图25-27中的结构，臂相对于第一机构轴203的旋转的放大是相同的。为了进一步增强旋转放大，需要更多的连杆组。

图28图示了根据第十八实施例的刀具基座140，其中增加了更多的连杆组。在图28图示的实施例中，通过将图26中的公共支撑臂214+214b分成两个臂，增加了大约+/-50度，其中第二支撑臂405经由第三机构轴承403和第三机构轴402连接到第一支撑臂214。第二支撑臂405借助第二机构杠杆臂239旋转，第二机构杠杆臂239经由第一机构连杆238和第一传动轴承237连接到固定的第一传动轴承237。经由第二机构轴承215安装在第二支撑臂405上的第二机构轴218通过第二杠杆臂430旋转，第二杠杆臂430经由第二机构连杆428与梁426连接，第二机构连杆428在每一端具有轴承427、429(第三传动轴承427和第四传动轴承429)。梁426直接安装在第一支撑臂214上。具有梁406的杠杆臂安装在第二机构轴218上，并且是如图26所示的相同连杆结构406、407、408、409、283、401的一部分。杠杆臂401使轴承444围绕第三机构轴402旋转。在这种情况下，刀具基座轴19和刀具平台17b应连接到轴承444，但为了便于说明而未公开。如果第一支撑臂214围绕固定的第一机构轴203，例如顺时针旋转，则第三机构轴402也将顺时针旋转，并且两个臂214和405将向下移动。当第二支撑臂405相对于第一支撑臂214向下移动时，第二机构连杆428将使第二机构轴218顺时针旋转，并且连杆409将使轴承444顺时针旋转。如果第一传动轴承237安装在第一机构轴203的上方，则第二传动轴承240安装在第二机构轴218的下方。如果第三传动轴承427安装在第三机构轴402的上方，则第四传动轴承429安装在第二机构轴218的下方。相反的关系当然也成立。换句话说，图28中的传动机构500包括限定另一远侧旋转轴线404的第三机构轴402和第三机构轴承403。第三机构轴402经由第三机构轴承403连接到第一支撑臂214。第一支撑臂214补充有第二支撑臂405。第三机构轴承403安装在第一支撑臂214上，并且第二机构轴承215安装在第二支撑臂405上。第二支撑臂405安装在第三机构轴402上。连杆238、428将第一支撑臂214直接与第二机构轴218连接。这里，第二支撑臂405相对于第一支撑臂214是可移动(旋转运动)的。

图29示出了根据第十九实施例的刀具基座140。图29图示了通过引入更多的连杆来增强旋转放大的另一种方法。为了图29，有利的是要记住，该结构是图25中的传动机构500的进一步发展。在第三机构轴402和第二机构轴218之间引入了具有第五机构杠杆臂410和第六机构杠杆臂414的连杆传动器，以及引入了具有第五机构轴承411和第六机构轴承413的连杆412。第五机构杠杆臂410安装在第三机构轴402上，第六机构杠杆臂414安装在第二机构轴218上。连杆传动器将使第二机构轴218沿着与第三机构轴402相同的方向旋转。如图25所示，具有两个梁406+407的杠杆臂安装在第三机构轴402上，并且该杠杆臂经由第一连杆轴承408、连杆409和轴承283连接到第七机构杠杆臂417。第七机构杠杆臂417围绕第四连杆轴承416旋转，第四连杆轴承416安装在第八机构杠杆臂415上，第八机构杠杆臂415又安装在第二机构轴218上。该结构的输出部是输出轴承423，输出轴承423由第九机构杠杆臂422旋转，第九机构杠杆臂422经由第二连杆轴承421、连杆420、第三连杆轴承419和第十机构杠杆臂418连接到第七机构杠杆臂417。现在，假设支撑臂214+214b围绕固定的第一机构轴203顺时针旋转。然后臂214+214b将向下移动，第三机构轴402和第二机构轴218两者都将顺时针旋转，带有梁406+407的杠杆臂将顺时针旋转，并且由于连杆409，第七机构杠杆臂417将围绕第四连杆轴承416顺时针旋转。顺时针旋转第七机构杠杆臂417将经由连杆420使输出轴承423顺时针旋转。因此，输出轴承423的旋转将是臂214+214b、放大的第三机构轴402、由于第八机构杠杆臂415和第七机构杠杆臂417放大的第二机构轴218的旋转之和。

当然，图25-29所示的结构可以以不同方式组合，以获得适合于应用的结构。即使有一些如在挖掘机或转向机构中的机械旋转放大的应用，但这些结构的主要目标是在机器人领域。除了在图1-4中描述的并联运动装备中使用外，刀具基座还可以用于其他平行运动装备、混合运动机械手、串联运动机械手，甚至CNC操纵器和CMM操纵器。

图30示出了根据第二十实施例的刀具基座。更详细地说，图30图示了如图21和22所示的两个自由度机构可以如何与前面的图中说明的刀具连杆相连接。图21和22中用于控制两个自由度的公共控制杠杆轴209在这里被两个分离的杠杆轴所取代，即第一控制杠杆轴209a和第二控制杠杆轴209b，每个自由度一个控制杠杆轴。第一控制杠杆轴209a经由第三连接接头350a连接到第一控制连杆349a。第一控制连杆349a连接到机器人主体结构。第二控制杠杆轴209b连接到第二控制杠杆360，第二控制杠杆360的方向与第一控制连杆349a有大约90度的不同，以便能够使第一控制杠杆轴209和第二控制杠杆轴249围绕另一第一机构轴承248的另一近侧旋转轴线246进行旋转。第十支架梁222以这样的方式弯曲，即第二机构轴承215的中心轴线(即远侧旋转轴线220)与另一第一机构轴承248的中心轴线346成直角。为了经由连杆系统将第二控制连杆360连接到致动器(未示出)，在支撑平台17a上安装90度连接件362-364。因此，第二控制连杆360经由第四连接接头361连接到第十二机构杠杆臂362，并且第十二机构杠杆臂362的旋转以直角连接到第十三机构杠杆臂364。杠杆臂362和364安装在控制轴承363(控制轴承363安装在支撑平台17a上)上。第十三机构杠杆臂364经由第五连接接头365连接到第三控制连杆349b。为了控制第三控制连杆349b，可以包括连接到第二致动器(未示出)的第二连杆系统。

一般来说，图21-30公开了刀具基座140的不同实施例，用于通过包括连杆的传动机构500增加刀具基座轴19的定向范围。刀具基座140的这些实施例可以布置到不同种类的操纵器或机器人，例如本文解释的PKM，或者布置到另一种类型的串联或并联运动装备。图24中图示了基本的传动机构500。因此，图21-23中的刀具基座140也包括机构500，或机构500的变体。这些刀具基座140包括刀具基座轴19、刚性地连接的刀具平台17b和刀具基座轴19，以及传动机构500。传动机构500包括第一支撑臂214、264。传动机构500还包括通过第一支撑臂214、264连接的第一机构轴承202、262a、262b和第二机构轴承215、275、403。传动机构500还包括第一机构轴203、265，该第一机构轴限定了近侧旋转轴线219、276b。第一机构轴承202、262a、262b安装到第一机构轴203、265。第一机构轴203、265刚性地连接到支撑平台17a。传动机构500还包括第二机构轴218、402、274，该第二机构轴限定了远侧旋转轴线220、401、404、276a。第二机构轴承215、275、403安装到第二机构轴218、402、274。传动机构500进一步包括将第一机构轴203、265连接到第二机构轴218、402、274的传动连杆组。传动连杆组包括第一传动接头237、278、第二传动接头240、280和机构连杆238、279。机构连杆238、279经由第一传动接头237、278连接到支撑平台17a，并且经由第二传动接头240、280连接到第二机构轴218、402、234。第一传动接头237，278和第二传动接头240，280被布置在由近侧旋转轴线219、276b和远侧旋转轴线220、276a限定的平面的不同侧。传动机构500被布置成将第一支撑臂214、264围绕近侧旋转轴线219、276b的旋转转换为刀具基座轴19的围绕远侧旋转轴线220、276a、401、404、247沿着与第一支撑臂214、264相同的方向的、相应增强的旋转运动。

更详细地说，图21-22和24-30中的传动机构500包括第一支撑臂214、通过第一支撑臂214连接的第一机构轴承202和第二机构轴承215。传动机构500还包括限定近侧旋转轴线219的第一机构轴203。第一机构轴承202安装到第一机构轴203。第一机构轴203被布置成刚性地连接到支撑平台17a。传动机构500还包括限定远侧旋转轴线220、404的第二机构轴218、402。第二机构轴承215、403安装到第二机构轴218、402。传动机构500还包括将第一机构轴203连接到第二机构轴218、402的传动连杆组。该传动连杆组包括：第一传动轴承237、第二传动轴承240和第一机构连杆238。第一机构连杆238被布置为经由第一传动轴承237连接到支撑平台17a，并经由第二传动轴承240连接到第二机构轴218、402、234。第一传动轴承237和第二传动轴承240布置在由近侧旋转轴线219和远侧旋转轴线220限定的平面的不同侧。传动机构500因此被布置成将第一支撑臂214围绕近侧旋转轴线219的旋转转换为刀具基座轴19(其连接到第二机构轴218、402、234)的围绕远侧旋转轴线220、404、247的、相应增强的旋转运动。围绕远侧旋转轴线220、404的、相应增强的旋转运动具有与第一支撑臂214的旋转相同的旋转方向。图23a中的传动机构500在前面已经结合该图进行了解释。

传动机构500作为机器人腕部中的部件特别有用。更详细地，第一机构轴承202安装在第一机构轴203上。第一机构轴203被布置成刚性地连接到支撑平台17a。第二机构轴承215、403安装在第二机构轴218、402上。第二机构轴218、402被布置成经由机构传动器连接到支撑平台17a。该机构传动器包括第一机构杠杆臂236、第二机构杠杆臂239和传动连杆238，第一机构杠杆臂236被布置成安装到第一平台17a上，第二机构杠杆臂239安装在第二机构轴218、402上，传动连杆238的具有第一传动轴承237的一端安装在平台17a的第一机构杠杆臂236上，而具有第二传动轴承240的另一端安装在第二机构杠杆臂239上。第一传动轴承237和第二传动轴承240安装在第一支撑臂214的不同侧，以使第二机构轴218、402沿着与第一支撑臂214相同的方向旋转。

在一些实施例中，刀具基座140包括用于控制刀具基座轴19的运动的控制杠杆209，其中控制杠杆209直接安装到第一支撑臂214、264或经由轴承安装到第一支撑臂214、264。

在一些实施例中，传动连杆组包括与第一机构连杆238串联连接的第二机构连杆428。第二机构连杆428被布置成进一步增强连接到第二机构轴218、402的刀具基座轴19的、围绕远侧旋转轴线220、404的旋转运动。传动连杆组还包括第三机构轴承427和第四机构轴承429。第二机构连杆428经由第三机构轴承427枢转地连接到第一支撑臂214，并且经由第四机构轴承429枢转地连接到第二机构轴218。第三机构轴承427和第四机构轴承429布置在由近侧旋转轴线219和远侧旋转轴线220限定的平面的不同侧。更详细地，第二支撑臂405安装在第二机构轴218上。至少一个第二机构连杆428在一端包括第三机构轴承427，而在其另一端包括第四机构轴承429。第四机构轴承429安装在第二杠杆臂430上，第二杠杆臂430安装在第二机构轴218上。第三机构轴承427安装在第一支撑臂214的延伸部426上。第三机构轴承427和第四机构轴承429安装在第二支撑臂405的不同侧，以使第三机构轴402沿着与第一支撑臂214相同的方向旋转。

在一些实施例中，传动机构500包括限定另一远侧旋转轴线(即第三旋转轴线404)的第三机构轴402，以及第三机构轴承403，其中第三机构轴402经由第三机构轴承403连接到第一支撑臂214、264。因此，在一些实施例中，传动机构500包括第三机构轴承403和第三机构轴402，其中第三机构轴402安装在第三机构轴承403中。这里，第一支撑臂214、264补充有第二支撑臂405。第三机构轴承403安装在第一支撑臂214、264上，然后第二机构轴承215安装在第二支撑臂405上。第二支撑臂405安装在第一支撑臂214、264上或第二机构轴218上。至少一个连杆409、238、412、428直接将第一支撑臂214、264与第三机构轴402连接，或经由第二机构轴承215和第二机构轴218将第一支撑臂214、264与第三机构轴402连接。因此，换句话说，传动机构500包括限定另一远侧旋转轴线404的第三机构轴402和第三机构轴承403。第三机构轴402经由第三机构轴承403连接到第一支撑臂214、264。第一支撑臂214、264还补充有第二支撑臂214b、405。第三机构轴承403安装在第一支撑臂214、264上，而第二机构轴承215安装在第二支撑臂214b、405上。第二支撑臂214b、405安装在第一支撑臂214上或第三机构轴402上。至少一个连杆409、238、412、428将第一支撑臂214、264直接与第二机构轴218连接，或经由第三机构轴承403和第三机构轴402将第一支撑臂214、264与第二机构轴218连接。

在一些实施例中，传动连杆组包括与第一机构连杆238串联布置的反铲机构406、407、408、409、283、400。反铲机构连接在第三机构轴承403和第二机构轴218之间，并且被布置成进一步增加连接到第二机构轴218的刀具基座轴19的、围绕远侧旋转轴线220、404的旋转运动。

在一些实施例中，第一支撑臂214、264补充有通过第三机构轴402和第三机构轴承403枢转地连接的第二支撑臂405。

在一些实施例中，远侧旋转轴线404与近侧旋转轴线219重合。

在一些实施例中，传动机构500包括另一第一支撑臂250、由该另一第一支撑臂250连接的另一第一机构轴承248和另一第二机构轴承235。另一第一机构轴承248刚性地连接到第二机构轴218。传动机构500还包括限定另一近侧旋转轴线246的另一第一机构轴249，另一第一机构轴承248安装到另一第一机构轴249上。传动机构500还包括限定另一远侧旋转轴线247的另一第二机构轴234。另一第二机构轴承235安装到另一第二机构轴218、402并布置在另一第一支撑臂250中。传动机构500还包括将另一第一机构轴249连接到另一第二机构轴234的另一传动连杆组。另一传动连杆组包括另一第一机构轴承244a、另一第二机构轴承244b和另一第一机构连杆243。另一近侧旋转轴线246和另一远侧旋转轴线247垂直于近侧旋转轴线219和远侧旋转轴线220、404。传动机构500被布置成将另一第一支撑臂250围绕另一近侧旋转轴线246的旋转转换为连接到另一第二机构轴234的刀具基座轴19的、围绕另一远侧旋转轴线247的、相应增强的旋转运动。

在一些实施例中，第二支撑臂214b直接安装在第一支撑臂214、264上。例如，在图29中连杆412在一端具有第五机构轴承411，而在其另一端具有第六机构轴承413。第六机构轴承413安装在第六机构杠杆臂414上，第六机构杠杆臂414安装在第二机构轴218上。第五机构轴承411安装在第五机构杠杆臂410上，第五机构杠杆臂410安装在第三机构轴402上。第五机构轴承411和第六机构轴承413安装在第二支撑臂214b的同一侧，以使第三机构轴402沿着与第一支撑臂214、264相同的方向旋转。

在一些实施例中，传动机构500包括安装在第二机构轴218和第三机构轴402之间的反铲机构。

在一些实施例中，用于旋转放大的传动机构500包括串联连接的、两个用于旋转放大的机构。

在一些实施例中，该机构之一的旋转轴线219、220垂直于另一机构的旋转轴线246、247之一。

在一些实施例中，用于旋转放大的传动机构500包括直接或经由轴承423安装在第三机构轴402上的刀具平台17b。

本公开内容还涉及操纵器，其包括本文所述的刀具基座140，其中刀具基座140被布置成增加布置到刀具平台17b的刀具的定向范围。操纵器可以是如本文所述的PKM，或另一种类型的并联或串联操纵器/机器人。

本公开内容还涉及用于控制并联运动装备(PKM)的运动的方法。PKM可以是如本文所述的实施例中的任何一个。一般来说，PKM包括支撑平台17a、布置成将第一运动传递到支撑平台17a的第一支撑连杆组SL1、布置成将第二运动传递到支撑平台17a的第二支撑连杆组SL2、以及布置成将第三运动传递到支撑平台17a的第三支撑连杆组SL3。第一支撑连杆组SL1、第二支撑连杆组SL2和第三支撑连杆组SL3一共包括至少五个支撑连杆8、9、10、11、12、13。PKM还包括刀具基座140，刀具基座140包括轴接头24、刀具基座轴19和刀具平台17b。刀具基座轴19经由轴接头24连接到支撑平台17a，并连接到刀具平台17b。

现在将参考图17的流程图来描述该方法。该方法包括致动A1一个或更多个刀具连杆组TL1、TL2、TL3，以将一个或更多个刀具连杆组TL1、TL2、TL3的各自的运动传递到刀具基座轴19，使得刀具基座轴19围绕至少一个轴线相对于支撑平台17a旋转。一个或更多个刀具连杆组TL1、TL2、TL3各自包括刀具连杆26、31，29、32，38，刀具连杆26、31，29、32，38在一端经由刀具基座接头25、28、37连接到刀具基座140，而在另一端经由刀具托架接头27、30、39连接到托架，托架被布置成沿着路径运动。如前面所解释的，典型地通过致动设备和控制单元自动地执行致动。

根据一些实施例，致动A1包括致动两个或更多个刀具连杆组TL1、TL2、TL3，使得刀具基座轴19围绕至少两个不平行的轴线相对于支撑平台17a旋转。

根据一些实施例，该方法包括致动A2第一支撑连杆组SL1、第二支撑连杆组SL2和第三支撑连杆组SL3中的一个或更多个，以将各自的第一运动、第二运动或第三运动传递到支撑平台，使支撑平台定位在目标位置。

本发明不限于上述优选的实施例。可以使用各种替代、修改和等同物。因此，上述实施例不应视为限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (38)

1.一种并联运动装备，PKM，包括：

支撑平台(17a)，

第一支撑连杆组(SL1)，其包括一个或更多个支撑连杆(8、9)，每个支撑连杆在一端经由第一支撑接头(8a、9a)连接到所述支撑平台(17a)，并且在另一端经由第一托架接头(8b、9b)连接到第一托架(4)，其中所述第一托架(4)沿着第一路径(1)是可移动的，并且所述第一支撑连杆组(SL1)被布置成将第一运动传递到所述支撑平台(17a)；

第二支撑连杆组(SL2)，其包括一个或更多个支撑连杆(10、11，10)，每个支撑连杆在一端经由第二支撑接头(10a、11a)连接到所述支撑平台(17a)，并且在另一端经由第二托架接头(10b、11b)连接到第二托架(5)，其中所述第二托架(5)沿着第二路径(2)是可移动的，并且所述第二支撑连杆组(SL2)被布置成将第二运动传递到所述支撑平台(17a)；

第三支撑连杆组(SL3)，其包括一个或更多个支撑连杆(12、13，11、12、13)，每个支撑连杆在一端经由第三支撑接头(11a、12a、13a)连接到所述支撑平台(17a)，并且在另一端经由第三托架接头(11b、12b、13b)连接到第三托架(6)；

其中所述第三托架(6)沿着第三路径(3)是可移动的，并且所述第三支撑连杆组(SL3)被布置成将第三运动传递到所述支撑平台(17a)；并且其中所述第一支撑连杆组(SL1)、所述第二支撑连杆组(SL2)和所述第三支撑连杆组(SL3)一共包括至少五个支撑连杆(8、9、10、11、12、13)；

其特征在于，所述PKM还包括：

刀具基座(140)，其包括轴接头(24、40、41、200、202、262a、262b)、刀具基座轴(19)和刀具平台(17b)，其中所述刀具基座轴(19)经由所述轴接头(24、40、41、200、202、262a、262b)连接到所述支撑平台(17a)，并且其中所述刀具平台(17b)和所述刀具基座轴(19)是相互刚性地连接的；和

一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)，每个刀具连杆组包括刀具连杆(26、31，29、32，38)，所述刀具连杆在一端经由刀具基座接头(25、28、37)连接到所述刀具基座(140)，并且在另一端经由刀具托架接头(27、30、39)连接到被布置成沿着路径运动的托架；并且其中每个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)被配置成通过将各自的刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的运动传递到所述刀具基座轴(19)，使所述刀具基座轴(19)围绕至少一个轴线相对于所述支撑平台(17a)旋转。

2.根据权利要求1所述的并联运动装备，其中所述刀具平台(17b)和所述刀具基座轴(19)是刚性地连接的，使得所述刀具平台(17b)跟随所述刀具基座轴(19)的每一次运动。

3.根据权利要求1或2所述的并联运动装备，其中所述刀具平台(17b)被布置成用于将末端执行器附接到所述刀具平台(17b)上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)中的至少一个被配置为具有可控的可变长度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)包括第一刀具连杆组(TL1)，所述第一刀具连杆组(TL1)包括第一刀具连杆(26、31，29、32，38)，所述第一刀具连杆(26、31，29、32，38)经由第一刀具托架接头(27)连接到所述第一托架(4)、所述第二托架(5)和所述第三托架(6)中的一个，或者连接到与所述第一托架(4)、所述第二托架(5)和所述第三托架(6)不同的第四托架(33)，其中所述第一刀具连杆组(TL1)被配置成通过将所述第一刀具连杆组(TL1)的运动传递到所述刀具基座轴(19)，使所述刀具基座轴(19)围绕第一轴线相对于所述支撑平台(17a)旋转。

6.根据权利要求5所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)包括第二刀具连杆组(TL2)，所述第二刀具连杆组(TL2)包括第二刀具连杆(29、32)，所述第二刀具连杆(29、32)经由第二刀具托架接头(30)连接到被布置成用于沿着与所述第一刀具托架接头(27)的路径不同的路径运动的托架；其中所述第二刀具连杆组(TL2)被配置成通过将所述第二刀具连杆组(TL2)的运动额外地传递到所述刀具基座轴(19)，使所述刀具基座轴(19)围绕第二轴线相对于所述支撑平台(17a)旋转，所述第二轴线与所述第一轴线是不平行的。

7.根据权利要求6所述的并联运动装备，其中所述第二刀具连杆组(TL2)经由所述第二刀具托架接头(30)连接到所述第一托架(4)、所述第二托架(5)和所述第三托架(6)中的一个，或者连接到不同于所述第一托架(4)、所述第二托架(5)、所述第三托架(6)和所述第四托架(33)的第五托架(34)。

8.根据权利要求6或7所述的并联运动装备，其中所述第一刀具连杆组(TL1)经由第一刀具托架接头(27)连接到所述第一托架(4)，或连接到所述第四托架(33)，所述第四托架(33)沿着所述第一路径(1)是可移动的，并且其中所述第二刀具连杆组(TL2)经由所述第二刀具托架接头(30)连接到所述第三托架(6)，或连接到沿着所述第三路径(3)是可移动的第五托架(34)，并且其中所述第二路径(2)被布置在所述第一路径(1)和所述第三路径(3)之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中每个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)包括仅一个刀具连杆(26、31，29、32，38)，并且其中每个刀具连杆(26、31，29、32，38)安装在不同的托架(4、5、6、33、34、120)上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)安装到所述刀具基座(140)，且与所述刀具基座轴(19)相关联，从而相对于所述刀具平台(17b)的定向获得对称工作范围。

11.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中每个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的所述刀具基座接头(25、28、37)刚性地连接到所述刀具基座(140)的轴(19、209、209a、209b)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中每个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的所述刀具基座接头(25、28、37)直接刚性地连接到所述刀具基座轴(19)或经由所述刀具平台(17b)刚性地连接到所述刀具基座轴(19)。

13.根据权利要求12所述的并联运动装备，其中当操纵所述刀具基座轴(19)的定向时，每个刀具基座接头(25、28、37)与所述轴接头(24、40、41)之间的距离是恒定的。

14.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述刀具连杆(26、31，29、32，38)中的每一个经由旋转轴承(25、28、37、48、47、62、66、212、215、231、235、263a、263b、267、269、278、280、275、273)连接到所述刀具基座轴(19)。

15.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述第一支撑连杆组(SL1)、所述第二支撑连杆组(SL2)和所述第三支撑连杆组(SL3)中的一者或更多者包括两个平行的支撑连杆。

16.根据权利要求15所述的并联运动装备，其中所述两个平行的支撑连杆具有相同的长度。

17.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述并联运动装备被配置成以四个、五个或六个DOF移动所述刀具基座轴(19)。

18.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述刀具基座(140)包括被配置为操作刀具的致动器(20)，其中所述致动器(20)附接到所述刀具平台(17b)。

19.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述轴接头(24)具有两个自由度DOF。

20.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述第一支撑连杆组(SL1)、所述第二支撑连杆组(SL2)和所述第三支撑连杆组(SL3)被配置成约束所述支撑平台(17a)在至少五个自由度DOF上的运动。

21.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述第一支撑连杆组(SL1)、所述第二支撑连杆组(SL2)和所述第三支撑连杆组(SL3)被配置成使所述支撑平台(17a)以至少三个自由度DOF移动。

22.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述轴接头(24)包括万向接头。

23.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述刀具基座(140)包括连接所述刀具基座轴(19)和所述支撑平台(17a)的轴接头传动组件(170)，其中所述轴接头传动组件(170)被布置成增加所述刀具基座轴(19)的定向范围。

24.根据权利要求23所述的并联运动装备，其中所述轴接头传动组件(170)包括传动机构(500)，所述传动机构(500)包括：

第一支撑臂(214、264)；

通过所述第一支撑臂(214、264)连接的第一机构轴承(202、262a、262b)和第二机构轴承(215、275、403)；

第一机构轴(203、265)，其界定近侧旋转轴线(219、276b)，其中所述第一机构轴承(202、262a、262b)安装到所述第一机构轴(203、265)，并且所述第一机构轴(203、265)和所述支撑平台(17a)是刚性地连接的；

第二机构轴(218、402、274)，其界定远侧旋转轴线(220、401、404、276a)，其中所述第二机构轴承(215、275、403)安装到所述第二机构轴(218、402、274)；

传动连杆组，其将所述第一机构轴(203、265)连接到所述第二机构轴(218、402、274)，其中所述传动连杆组包括第一传动接头(237、278)、第二传动接头(240、280)和机构连杆(238、279)，

其中所述机构连杆(238、279)经由所述第一传动接头(237、278)连接到所述支撑平台(17a)，并且经由所述第二传动接头(240、280)连接到所述第二机构轴(218、402、274)，并且

其中所述第一传动接头(237、278)和所述第二传动接头(240、280)被布置在由所述近侧旋转轴线(219、276b)和所述远侧旋转轴线(220、276a)界定的平面的不同侧，以及

其中所述传动机构(500)被布置成将所述第一支撑臂(214、264)围绕所述近侧旋转轴线(219、276b)的旋转转换为所述刀具基座轴(19)的围绕所述远侧旋转轴线(220、276a、401、404、247)沿着与所述第一支撑臂(214、264)相同的方向的相应增强的旋转运动。

25.根据权利要求24所述的并联运动装备，其中所述传动机构(500)包括第三机构轴承(403)和界定另一远侧旋转轴线(404)的第三机构轴(402)，其中所述第三机构轴(402)经由所述第三机构轴承(403)连接到所述第一支撑臂(214、264)，所述第一支撑臂(214、264)补充有第二支撑臂(214b、405)，所述第三机构轴承(403)被安装在所述第一支撑臂(214、264)上，并且所述第二机构轴承(215)被安装在所述第二支撑臂(214b、405)上，其中所述第二支撑臂(214b，405)被安装在所述第一支撑臂(214)或所述第三机构轴(402)上，并且其中至少一个连杆(409、238、412、428)将所述第一支撑臂(214、264)与所述第二机构轴(218)直接连接，或至少一个连杆(409、238、412、428)经由所述第三机构轴承(403)和所述第三机构轴(402)将所述第一支撑臂(214、264)与所述第二机构轴(218)连接。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的并联运动装备，其中所述轴接头(24)界定第一近侧旋转轴线(281b)和垂直于所述第一近侧旋转轴线(281b)的第二近侧旋转轴线(276b)，并且其中所述轴接头传动组件(170)包括：

第一远侧轴(272)，其界定第一远侧旋转轴线(281a)，

第二远侧轴(274)，其界定垂直于所述第一远侧旋转轴线(281a)的第二远侧旋转轴线(276a)，其中所述刀具基座轴(19)被布置成随着所述第一远侧轴(272)围绕所述第一远侧旋转轴线(281a)的运动和随着所述第二远侧轴(274)围绕所述第二远侧旋转轴线(276a)的运动而旋转，

第一支撑臂(264)，其将所述轴接头(24)枢转地连接到所述第一远侧轴(272)和所述第二远侧轴(274)，

第一传动连杆组(266、267、268、269、270)，其连接在所述轴接头(24)和所述第一远侧轴(272)之间，所述第一传动连杆组被布置成将所述第一支撑臂(264)围绕所述第一近侧旋转轴线(281b)的旋转转换为所述刀具基座轴(19)围绕所述第一远侧旋转轴线(281a)的相应增强的旋转运动，

第二传动连杆组(277、278、279、280、281)，其连接在所述轴接头(24)和所述第二远侧轴(274)之间，所述第二传动连杆组被布置成将所述第一支撑臂(264)围绕所述第二近侧旋转轴线(276b)的旋转转换为所述刀具基座轴(19)围绕所述第二远侧旋转轴线(276a)的相应增强的旋转运动。

27.根据权利要求26所述的并联运动装备，其中所述第一传动连杆组(266、267、268、269)和所述第二传动连杆组(277、278、279、280、281)中的每一个包括：

一对第一传动接头(267、278)和第二传动接头(269、280)，

机构连杆(268、279)，以及

机构杠杆(270、281)，

其中所述机构连杆(268、279)在每一端连接到所述第一传动接头(267、278)和所述第二传动接头(269、280)中的一个，并且其中所述第一传动接头(267、278)在与所述第一近侧旋转轴线(281b)相距一段距离处连接到所述轴接头(24)，并且所述第二传动接头(269、280)经由所述机构杠杆(270、281)连接到所述第一远侧轴(272)或所述第二远侧轴(274)，并且

其中每一对中的所述第一传动接头(267、278)和所述第二传动接头(269、280)分别布置在由所述第一远侧旋转轴线(281a)和所述第一近侧旋转轴线(281b)界定的平面的不同侧，或分别布置在由所述第二远侧旋转轴线(276a)和所述第二近侧旋转轴线(276b)界定的平面的不同侧。

28.根据权利要求23至27中任一项所述的并联运动装备，其中所述轴接头传动组件(170)包括反铲机构或传动轮。

29.根据权利要求28所述的并联运动装备，其中所述刀具基座(140)包括支架组件，所述支架组件经由两个轴(42、43，201、203)枢转地连接到所述支撑平台(17a)，以围绕第一旋转轴线枢转，并且其中所述反铲机构或所述传动轮经由输入轴(60、211)枢转地连接到所述支架组件，以围绕第二旋转轴线枢转，其中所述第一旋转轴线垂直于所述第二旋转轴线。

30.根据权利要求29所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)经由各自的刀具基座接头(25、28、37)和一个或更多个杠杆轴(51、52、80、209)连接到所述输入轴(60、211)。

31.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的每个刀具基座接头(25、28、37)和刀具托架接头(27、30、39)具有至少两个DOF。

32.根据权利要求31所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的每个刀具基座接头(25、28、37)和/或每个刀具托架接头(27、30、39)具有三个DOF。

33.根据权利要求6至8中任一项所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)包括第三刀具连杆组(TL3)，所述第三刀具连杆组(TL3)包括第三刀具连杆(38)，其中所述第三刀具连杆组(TL3)被配置成通过将所述第三刀具连杆组(TL3)的运动额外地传递到所述刀具基座轴(19)，使所述刀具基座轴(19)围绕第三轴线旋转，所述第三轴线与所述第一轴线和所述第二轴线是不平行的。

34.根据权利要求33所述的并联运动装备，其中所述第三刀具连杆组(TL3)经由第三刀具托架接头(39)连接到所述第一托架(4)、所述第二托架(5)和所述第三托架(6)中的一个，或者连接到不同于所述第一托架(4)、所述第二托架(5)和所述第三托架(6)的第六托架(120)。

35.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述第一路径(1)、所述第二路径(2)和所述第三路径(3)是平行路径。

36.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中至少一个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的所述刀具连杆(26、31，29、32，38)经由所述刀具托架接头(27、30、39)连接到被布置成用于沿着所述第一路径(1)、所述第二路径(2)和所述第三路径(3)中的不同路径运动的托架。

37.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，包括控制单元(127)，所述控制单元(127)被配置成通过控制所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的运动来控制所述刀具基座轴(19)的旋转。

38.根据权利要求37所述的并联运动装备，其中所述控制单元(127)被配置成通过额外地控制所述第一支撑连杆组(SL1)的第一运动、所述第二支撑连杆组(SL2)的第二运动和所述第三支撑连杆组(SL3)的第三运动中的一个或更多个来控制所述刀具基座轴(19)的位置和定向。