CN1586805A

CN1586805A - 用作虚轴数控机床及机器人的两平移一转动并联机构

Info

Publication number: CN1586805A
Application number: CN 200410064955
Authority: CN
Inventors: 沈惠平; 杨廷力
Original assignee: Jiangsu Polytechnic University
Current assignee: Jiangsu Polytechnic University
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2005-03-02

Abstract

用于虚拟轴数控机床、测量机及机器人的三自由度二平移一转动并联机构，由动平台、静平台、第一条广义支路和第二条广义支路组成，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；第二条广义支路由四个转动副和两个移动副的六杆平面回路与一个相互垂直的转动副串联而成；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；控制静平台上三个移动副的运动，就可控制动平台实现二维平移及一维转动输出。该机构具有结构较简单、存在部分控制解耦性、易于精密加工等优点。

Description

用作虚轴数控机床及机器人的两平移一转动并联机构

技术领域

本发明涉及一种机床及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及并联机器人等提供一类新型的两平移一转动并联机构。

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，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)运动平台位姿是输人的强耦合，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，虚拟数控机床、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。

发明内容

本发明目的是提供一种三自由度两平移一转动并联机构，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。本发明为虚轴机床、机器人、微动操作手等提供了新机型，为其开发与实用化提供了可能。

附图说明

下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。

附图1为本发明的结构示意图。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、垂直于该移动副的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4个转动副R₂、R₃、R₄、R₅和2个移动副P₁、P₆构成的6杆平面回路与一个相互垂直的转动副R₇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R₇、R₈呈相互平行配置，位于静平台上3个移动副P₁、P₆、P₁₁亦呈相互平行配置。

附图1中的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。

具体实施方式

附图1所示结构也可为本发明的一个实施例。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、垂直于该移动副的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4个转动副R₂、R₃、R₄、R₅和2个移动副P₁、P₆构成的6杆平面回路与一个相互垂直的转动副R₇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R₇、R₈呈相互平行配置，位于静平台上3个移动副P₁、P₆、P₁₁亦呈相互平行配置。附图1中的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。

控制静平台1上三个驱动关节P₁、P₆、P₁₁的运动，就可控制动平台实现二平移及一转动输出，该种并联机构的结构设计及驱动控制等均可按常规机电技术进行设计和安装。该并联机构如在动平台上安装刀具、操作手或探头，即可以作为并联结构的虚拟轴数控机床、机器人或虚拟轴坐标测量机的执行机构。

Claims

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，由动平台、静平台、第一条广义支路和第二条广义支路组成，其特征在于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；第二条广义支路由四个转动副和两个移动副的六杆平面回路与一个相互垂直的转动副串联而成；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，由动平台、静平台、第一条广义支路和第二条广义支路组成，其特征在于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；第二条广义支路由四个转动副和两个移动副的六杆平面回路与一个相垂直的转动副串联而成；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第一条广义支路的两球面副的联线与第二条广义支路上的转动副轴线呈相互平行配置，位于静平台上的三个移动副也呈相互平行配置。