CN1188247C - 用于虚轴数控机床、机器人的两平移一转动并联机构 - Google Patents
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Abstract
提供一种3自由度两平移-转动并联机构。一种由动平台、静平台和结构不相同的两条广义支路组成，第一条广义支路由移动副、垂直于移动副的4个转动副组成的平行四边形回路、以及轴线分别与四边形对边重合的两转动副串联而成，第二条广义支路由3个转动副和2个移动副的5杆平面回路与两个相互垂直的转动副(其一轴线与5杆回路中间的转动副重合)串联而成，两广义支路端部构件分别固联在动、静平台上：位于动平台上两转动副呈相互平等配置，位于静平台上3个移动副亦呈相互平行配置。驱动静平台上3个移动副，即可控制动平台的两平移-转动输出。该机构具有非期望输出为常量、运动学正解容易、结构较简单、刚性好、便于制造等优点。为虚轴数控机床、机器人等提供新机型，为其开发与实用化提供了可能。
Description
本发明涉及一种机床、机器人等的执行机构，具体的说，是为并联结构虚轴数控机床、并联机器人等提供一类新型并联机构。
并联结构数控机床是指以并联机构为执行机构的机床，该机床被认为是二十世纪以来机床结构的一次革命。目前在美国、日本等国已研制出这种机床的样机，所采用的并联机构均为传统的斯图尔特(Stewart)机构。这种控制刀具在空间的位置和姿态变化的机构主要由基座、运动平台和连杆组成，基座和运动平台之间由连杆相连，连杆两端分别为球副和万向节。该机构有6个连杆，但连杆的长度可调，通过控制6根连杆的长度，改变刀具在空间的位姿。但这类机构有很多关键性技术没能完全解决。如，(1)运动学正解困难；(2)运动平台位姿是输入的强耦合，不利于控制；(3)机构复杂，使其工作空间较小；(4)制造高精度球副困难等。
对虚轴机床而言，许多场合需要提供自由度大于3且小于6的更简单的并联机构。例如，对4轴联动数控机床，可提供3自由度两平移一转动并联平台机构就可用于对空间曲面(如模具、叶轮等)的加工。因此，虚籼数控机床、机器人等的发展和实用化，需要创造出优于现有机构的新机型。
本发明目的是提供一种3自由度两平移一转动并联机构。该机构具有结构简单、工作空间较大、便于制造、安装等优点。特别是运动学正解较为简单且有部分控制解耦性，可简化并联结构虚轴机床和机器人系统的的控制与轨迹规划的复杂性。为虚轴机床、机器人、微动操作手等提供新机型，为其开发与实用化提供可能。
附图1是本发明机构简图。它由动平台1、静平台2和结构不相同的两条广义支路组成。第一条广义支路由移动副P11、垂直于移动副的4个转动副R91、R92、R93、R94组成的平行四边形回路、以及轴线分别与四边形对边重合的两转动副R10、R8串联而成。第二条广义支路由3个转动副R2、R3、R4和2个移动副P1、P5的5杆平面回路与两个相互垂直的转动副R6、R7串联而成(其中R6的轴线与5杆回路中间的转动副R3重合)。两广义支路端部构件分别固联在动、静平台上：位于动平台上两转动副R7、R8呈相互平行配置，位于静平台上3个移动副P1、P5、P11亦呈相互平行配置。
附图1中，平行四边形回路及其对边两构件连心线上串联的两个转动副，可以用4个球面副S1、S2、S3、S4组成的平行四边形替代，如图2所示。本发明为3自由度两平移一转动新型并联机构。该机构具有以下特点：
(1)机构工作平台具有两平移一转动运动输出，且非期望运动输出为常量；
(2)机构存在过约束回路，其刚性好、结构较简单；
(3)运动学正解简单，且存在部分控制解耦性；
(4)当本发明机构由转动副、移动副及万向节组成时，易于精密加工，利于提高并联机构的运动精度。
总之，本发明为虚轴数控机床、机器人、微动操作手等，提供了具有上述特点的新机型，利于新型机床、机器人、微动操作手的开发和实用化。
Claims (2)
1.一种可用于虚轴数控机床、机器人的两平移一转动三自由度并联机构，其组成包括，动平台(1)、静平台(2)、第一条广义支路和第二条广义支路，其中，第一条广义支路由一个移动副、垂直于该移动副的由四个转动副组成的平行四边形回路、以及轴线分别与平行四边形的两条对边重合的两转动副串联而成；第二条广义支路由三个转动副和两个移动副的五杆平面回路与两个相互垂直的转动副串联而成，两个相互垂直的转动副之一的轴线与五杆回路中位于三个转动副中间的那个转动副重合；两广义支路端部构件分别固联在动、静平台上，而且位于动平台上的两转动副呈相互平行配置，位于静平台上的三个移动副也呈相互平行配置。
2.一种可用于虚轴数控机床、机器人的两平移一转动三自由度并联机构，其组成包括，动平台(1)、静平台(2)、第一条广义支路和第二条广义支路，其中，第一条广义支路由一个移动副、垂直于该移动副的由四个球面副组成的平行四边形串联而成，第二条广义支路由三个转动副和两个移动副的五杆平面回路与两个相互垂直的转动副串联而成，两个相互垂直的转动副之一的轴线与五杆回路中位于三个转动副中间的那个转动副重合；两广义支路端部构件分别固联在动、静平台上，而且位于动平台上的两转动副呈相互平行配置，位于静平台上的三个移动副也呈相互平行配置。
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