CN1293989C - 用于并联机床和机器人的零平移三转动并联机构 - Google Patents

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Abstract

提供一类(三种)零平移三转动并联机构。其中一种，由动平台、静平台和3条支路组成。第1条支路仅由一个球面副组成；第2条支路由两个移动副与三个转动副组成的平面5杆回路再串联一个转动副和一个球面副组成，且串联的转动副轴线与5杆回路中间的转动副轴线重合；第3条支路由一个移动副和两个球面副串联而成。3条支路的两端构件分别固结在动、静两平台上。驱动三个移动副，即可控制动平台的三个转动输出。该机构具有部分控制解耦，运动学分析仅为2次解析式，有利于实现机器人的实时控制与在线和离线运动规划；机构较为简单，便于制造、安装，可作为并联机床与机器人的执行机构。

Description

用于并联机床和机器人的零平移三转动并联机构
技术领域
本发明涉及一类机床与机器人等的执行机构，具体的说，是为并联结构虚轴机床与并联机器人等提供一类(3种)3自由度(零平移三转动)新型并联机构。
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 andLewis公司的Variax型关联机床)，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(高维非线性代数方程组)；(2)运动平台位姿是输入的强耦合，不利于控制；(3)机构复杂，使其工作空间较小等。为此，有文献(如美国发明专利：Multi-Degree-of-Freedom Mechanisms for Machine Tools and the Like，Tsai，L.W.，UnitedStates Patent，Patent Number：5656905(1997))提出用(3平移0转动)并联机构和(0平移动3转动)并联机构两者组合替代Steward机构，但所采用的(0平移3转动)机构为9个转动副轴线交于一点的两回路球面机构，其结构复杂，制造、装配较为困难，工作空间较小，且末端执行器姿态求解复杂。
总之，虚轴机床与机器人等的发展与实用化，需要创造出优于现有机构的新机型。
发明内容
本发明目的提供三种零平移三转动并联机构。
本发明之一的零平移三转动的三自由度并联机构，其组成包括：动平台、静平台及联接在动平台、静平台之间的3条支路，其特征在于：第1条支路由三个转动副依次串联而成，且该三个转动副的轴线交于一点，其中位于该支路两端的转动副分别与动平台和静平台固联；第2条与第3条支路结构相同，皆由一个转动副与两个球面副依次串联而成，其中位于该支路两端的转动副和球面副分别与静平台和动平台固联。
本发明的第二个零平移三转动的三自由度并联机构，其组成包括：动平台、静平台及联接在动平台、静平台之间的3条支路，其特征在于：第1条支路由一个球面副构成，其两端分别与静平台和动平台固联；第2条支路由两个移动副与三个转动副组成的平面5杆回路再依次串联一个转动副和一个球面副构成，其中串联的转动副与5杆回路中间的转动副的轴线重合，串联的球面副位于5杆回路的一端并与动平台固联，5杆回路中除中间转动副之外的另两个转动副都位于5杆回路的另一端并都与静平台固联，这样5杆回路中间的转动副与固联在静平台上的两个转动副之间分别形成两条分支路，所述5杆回路中的两个移动副分别串联在该两条分支路上；第3条支路由一个移动副与两个球面副串联而成，其中位于该支路两端的两个球面副分别与动、静平台固联。
本发明的第三个零平移三转动的三自由度并联机构，是第二个发明机构的衍生机构，即上述第二个并联机构的第2条支路的与静平台固联的两个转动副分别由两个球面副替代，所述5杆回路中间的轴线重合的两个转动副由一个球面副替代。
本发明为一类3自由度(零平移三转动)新型并联机构。该类机构具有以下特点：
(1)机构动平台具有零平移三转动输出，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；特别是附图3机构，不但动平台的位置具有部分控制解耦，且其姿态也具有部分控制解耦；
(3)附图2与附图3所示并联机构的运动学分析，可依次对各基本回路单独求解，且各回路仅为2次解析式，有利于实现机器人的实时控制与在线、离线运动规划；
(4)传统3自由度球面并联机构有9个转动副且轴线交于一点。附图1机构仅要求3个转动副轴线交于一点，而附图2与附图3机构不存在多个转动副轴线交于一点。
(5)机构不含有二重、三重球面副，结构简单、工作空间较大。
总之，本发明为虚轴机床、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、微动操作手的开发与实用化。
附图说明
图1是本发明机构简图。
图2亦是本发明的一种机构简图。
图3是图2并联机构的衍生机构。
具体实施方式
附图1是本发明的机构简图。它由动平台(1)、静平台(0)及联接在动、静两平台之间的3条支路组成：第一条支路由三个转动副(R1，R2，R3)依次串联而成，且该三个转动副的轴线交于一点，其中位于该支路两端的转动副(R3，R1)分别与动平台(1)和静平台(0)固联；第2条支路由一个转动副(R4)与两个球面副(S5，S6)依次串联而成，其中位于该支路两端的转动副(R4)和球面副(S6)分别与静平台(0)和动平台(1)固联；第3条支路与第2条支路结构相同，由一个转动副(R7)与两个球面副(S8，S9)依次串联而成，其中位于该支路两端的转动副(R7)和球面副(S9)分别与静平台(0)和动平台(1)固联而成。
附图2亦是本发明的另一种机构简图。它由动平台(1)、静平台(0)及联接在动、静两平台之间的3条支路组成：第1条支路由1个球面副(S1)组成，其两端分别与静平台(0)和动平台(1)固联；第2条支路由两个移动副(P3，P5)与3个转动副(R2，R4，R6)组成的平面5杆回路再依次串联1个转动副(R7)和1个球面副(S8)构成，其中串联的转动副(R7)与5杆回路中间的转动副(R4)的轴线重合，串联的球面副(S8)的一端与动平台(1)固联，这样5杆回路中间的转动副(R4)与固联在静平台(0)上的两个转动副(R2，R6)之间分别形成两条分支路，所述5杆回路中的两个移动副(P3，P5)分别串联在该两条分支路上；第3条支路由1个移动副(P10)与两个球面副(S9，S11)串联而成，其中位于该支路两端的两个球面副(S11，S9)分别与动平台(1)、静平台(0)固联而成。
附图3是附图2并联机构的衍生并联机构。附图3的第1、3条支路与附图2相同，其第2条支路是将附图2的第2条支路与静平台固联的两个转动副分别由两个球面副(S2，S6)替代，5杆回路中间的轴线重合的两转动副由一个球面副(S4)替代而成。
附图2所示并联机构可视为本发明用于虚轴机床的一个实施例，其结构已如前述发明内容与附图2说明。在动平台(1)上安装铣刀(A)，当机构各构件尺度参数确定后，控制3个移动副(P3，P5，P10)的输入运动，就可控制动平台(1)上铣刀(A)轴线的方向。

Claims (3)

1.一种可用于并联机床和机器人的零平移三转动的三自由度并联机构，其组成包括：动平台、静平台及联接在动平台、静平台之间的3条支路，其特征在于：第1条支路由三个转动副依次串联而成，且该三个转动副的轴线交于一点，其中位于该支路两端的转动副分别与动平台和静平台固联；第2条与第3条支路结构相同，皆由一个转动副与两个球面副依次串联而成，其中位于该支路两端的转动副和球面副分别与静平台和动平台固联。
2.一种可用于并联机床和机器人的零平移三转动的三自由度并联机构，其组成包括：动平台、静平台及联接在动平台、静平台之间的3条支路，其特征在于：第1条支路由一个球面副构成，其两端分别与静平台和动平台固联；第2条支路由两个移动副与三个转动副组成的平面5杆回路再依次串联一个转动副和一个球面副构成，其中串联的转动副与5杆回路中间的转动副的轴线重合，串联的球面副位于5杆回路的一端并与动平台固联，5杆回路中除中间转动副之外的另两个转动副都位于5杆回路的另一端并都与静平台固联，这样5杆回路中间的转动副与固联在静平台上的两个转动副之间分别形成两条分支路，所述5杆回路中的两个移动副分别串联在该两条分支路上；第3条支路由一个移动副与两个球面副串联而成，其中位于该支路两端的两个球面副分别与动、静平台固联。
3.按照权利要求2所述并联机构，其特征在于：所述第2条支路的与静平台固联的两个转动副分别由两个球面副替代，所述5杆回路中间的轴线重合的两个转动副由一个球面副替代。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102785241B (zh) * 2012-08-23 2015-03-11 常州大学 一种单自由度三维运动装置
CN102806557B (zh) * 2012-08-23 2015-03-11 常州大学 一种单自由度三维运动机构
CN102825597A (zh) * 2012-09-19 2012-12-19 常州大学 一种具有位置解析正解的三转动并联运动装置
CN108858156A (zh) * 2018-08-31 2018-11-23 常州大学 一种零耦合度且运动解耦的球面并联机构

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2075574U (zh) * 1990-10-27 1991-04-24 东北重型机械学院秦皇岛分校 一种并联多环结构机器人
US5656905A (en) * 1995-04-03 1997-08-12 Tsai; Lung-Wen Multi-degree-of-freedom mechanisms for machine tools and the like
CN2309932Y (zh) * 1997-10-08 1999-03-10 东北大学 一种三自由度并联机器人机构
CN1306899A (zh) * 2000-02-02 2001-08-08 燕山大学 一种新型四自由度空间并联机器人机构
CN1389327A (zh) * 2002-07-10 2003-01-08 杨廷力 用于虚轴机床和机器人等的一类两平移一转动并联机构
CN1417003A (zh) * 2002-12-04 2003-05-14 北方交通大学 一种三自由度转动平台并联机器人机构
CN1112282C (zh) * 2000-04-21 2003-06-25 清华大学 一种空间三自由度并联机器人机构

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2075574U (zh) * 1990-10-27 1991-04-24 东北重型机械学院秦皇岛分校 一种并联多环结构机器人
US5656905A (en) * 1995-04-03 1997-08-12 Tsai; Lung-Wen Multi-degree-of-freedom mechanisms for machine tools and the like
CN2309932Y (zh) * 1997-10-08 1999-03-10 东北大学 一种三自由度并联机器人机构
CN1306899A (zh) * 2000-02-02 2001-08-08 燕山大学 一种新型四自由度空间并联机器人机构
CN1112282C (zh) * 2000-04-21 2003-06-25 清华大学 一种空间三自由度并联机器人机构
CN1389327A (zh) * 2002-07-10 2003-01-08 杨廷力 用于虚轴机床和机器人等的一类两平移一转动并联机构
CN1417003A (zh) * 2002-12-04 2003-05-14 北方交通大学 一种三自由度转动平台并联机器人机构

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