CN1255245C - 用于虚轴机床与测量机的一种一平移两转动的并联机构 - Google Patents

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Abstract

提供一种一平移两转动的三自由度并联机构。它由动平台、静平台和3条支路组成。第一条支路由一移动副和一球面副串联而成，第二条支路由一移动副、一转动副和一球面副串联而成，第三条支路由一移动副和两球面副串联而成。3条支路在两平台之间的配置方式是：第1、2两支路的两个移动副轴线皆垂直于转动副轴线。驱动3个移动副，即可控制动平台的一平移两转动输出。该机构具有非期望运动输出为常量，运动输入-输出之间部分控制解耦，运动学正解较易，结构简单、刚性好等优点。该机构可作为虚轴机床、虚轴机械测量机、机器人的执行机构。

Description

用于虚轴机床与测量机的一种一平移两转动的并联机构
技术领域
本发明涉及一类机床、机器人与坐标测量机的执行机构，具体的说，是为并联结构虚轴机床、并联机器人与虚轴坐标测量机提供一种新型一平移两转动的三自由度并联机构。
背景技术
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(如美国Giddings and Lewis公司的Variax型并联机床)，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)制造高精度球面副困难等。
并联机构的虚轴坐标测量机，也是近年来测量机的一个重大进展，与传统属于串联结构的测量机相比，具有刚度大、运动速度高、误差不叠加等特性，可使测量精度与测量效率等有较大改善。目前已有的并联机构测量机多采用Stewart机构(如俄罗斯Lapic公司的KNM-750型3坐标测量机)。其动平台对于基平台具有6个空间自由度，但结构相对比较复杂，末端执行器位姿求解困难。
总之，虚轴机床、虚轴测量机与机器人的发展与实用化，需要创造出优于现有机构的新机型。
发明内容
本发明目的是提供一种一平移两转动的三自由度并联机构。该机构具有结构简单、工作空间较大、便于制造、安装等优点。特别是可实现控制解耦且运动学正解较为简单，显著简化并联结构虚轴机床和机器人系统的控制与轨迹规划的复杂性。为虚轴机床、虚轴测量机、机器人、微动操作手提供新机型，为其开发与实用化提供可能。
附图说明
附图1是本发明机构简图。它由动平台1、静平台0和结构不全相同的三条支路组成。第一条支路由三个构件0，2，1串联一个移动副P1和一个球面副S2组成。第二条支路由四个构件0，4，3，1串联一个移动副P5、一个转动副R4和一个球面副S3组成。第三条支路由四个构件0，6，5，1串联一个移动副P8与两个球面副S7和S6组成。诸支路两端构件分别固联在动、静平台上，但应使两移动副P1与P5的轴线垂直于转动副R4的轴线。
本发明为一种一平移两转动的三自由度新型并联机构。该类机构具有以下特点：
(1)机构动平台具有一平移两转动输出，且非期望运动输出为常量；
(2)机构的运动输入——输出具有部分解耦性，即可实现部分控制解耦；
(3)附图1与附图2所示并联机构的运动学分析可依次对两基本回路单独求解，为较简单的解析式，有利于实现机器人的实时控制与在线、离线运动规划；
(4)机构结构较简单、工作空间较大。
总之，本发明为虚轴机床、机器人、虚轴测量机与微动操作手，提供了具有上述特点的新机型，利于新型机床、机器人、测量机与微动操作手的开发与实用化。
具体实施方式
附图1所示并联机构可视为本发明用于虚轴测量机的一个实施例，其具体结构已如前述附图1说明。在动平台0上安装测量头A。当机构各构件尺度参数确定后，控制静平台0上3个驱动副(移动副P1、P5与P8)的输入运动，就可控制动平台0上的测量头A的三维坐标，即可为虚轴机械测量机的执行机构。

Claims (1)

1、一种可用于虚轴机床、机器人与虚轴机械测量机的一平移两转动的三自由度并联机构，其组成包括动、静平台及联接在动、静平台之间的3条支路：第1条支路由一移动副和一球面副串联而成，第2条支路由一移动副、一转动副和一球面副串联而成，第3条支路由一移动副和两球副串联而成，3条支路在两平台之间的配置方式是：第1、2两支路的两个移动副轴线皆垂直于转动副轴线。
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