CN1651188A - 两平移一转动虚轴数控机床及并联机器人机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于虚拟轴机床、机器人、坐标测量机领域，涉及一种三自由度二维平移一维转动并联机构，由上动平台、下静平台及连接上下平台的一条混合链及一条简单开链组成。混合链包含由五个转动副、二个移动副及七个杆件组成的空间单环机构，其中，二个轴线平行的一组转动副与另三个轴线平行的一组转动副的转动轴线相垂直，而二个移动方向相同的移动副在下静平台上，再在空间单环机构一输出构件上用一个轴线与该输出构件重合的转动副连接动平台；而简单开链由二构件、二个球铰和一个单自由度运动副组成，二个构件用球铰连接后，一端与动平台用另一球铰连接，另一端用一个单自由度运动副和静平台连接；该机构具有正、逆解求解容易为解析式，且输入－输出控制具有解耦性、便于制造安装等优点。

Description

两平移一转动虚轴数控机床及并联机器人机构
技术领域
本发明涉及一种机床及机器人等的执行机构，为并联结构虚轴数控机床及并联机器人等提供一个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
本发明目的是克服现有技术的不足而提供一种新的三自由度两平移一转动并联机构，该机构具有确定的两平移一转动运动输出(且非期望运动输出为常量)；刚性好、结构较简单；运动学正解简单，且存在部分控制解耦性；易于精密加工等优点。
本发明提供的三自由度两平移一转动并联机构，由上动平台、下静平台及连接上下平台的一条混合链及一条简单开链组成。混合链包含由五个转动副、二个移动副及七个杆件组成的空间单环机构，其中，二个轴线平行的一组转动副与另三个轴线平行的一组转动副的转动轴线相垂直，而二个移动方向相同的移动副在下静平台上；再在空间单环机构一输出构件上用一个轴线与该输出构件重合的转动副连接动平台；而简单开链由二构件、二个球铰和一个单自由度运动副组成，二个构件用球铰连接后，一端与动平台用另一球铰连接，另一端用一个单自由度运动副和静平台连接；
本发明提供的另一个三自由度两平移一转动并联机构，由上动平台、下静平台及连接上下平台的一条混合链及一条简单开链组成。混合链包含由五个转动副、二个移动副及七个杆件组成的空间单环机构，其中，二个轴线平行的一组转动副与另三个轴线平行的一组转动副的转动轴线相垂直，而二个移动方向相同的移动副在下静平台上；再在空间单环机构一输出构件上用一个轴线与该输出构件重合的转动副连接动平台；而简单开链由二构件、二个球铰和一个单自由度运动副组成，二个构件用单自由度运动副连接后，二端分别与动平台、静平台用球铰连接。
本发明与现有技术相比具有以下特点：(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
附图1为本发明的三自由度空间两平移一转动并联机构的实施例之一的结构简图示意图；
附图2为本发明的三自由度空间两平移一转动并联机构的实施例之二的结构简图示意图；
具体实施方式
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所示的并联机构可为本发明的实施例之一，它由上动平台0、下静平台1及连接上下平台的一条混合链及一条简单开链组成。混合链包含由五个转动副R2、R3、R5、R6、R7、二个移动副P1、P8及七构件1、2、3、4、5、6、7组成的空间单环机构，其中，二个轴线平行的一组转动副R2、R3与另三个轴线平行的一组转动副R5、R6、R7的转动轴线相垂直，而二个移动方向相同的移动副P1、P8在下静平台1上；再在其输出构件4上用一个轴线与该输出构件重合的转动副R4连接动平台0；而简单开链由二构件8、9、通过球铰S10连接后，一端与动平台用另一球铰S9连接，另一端用一个移动副P11和静平台1连接；驱动静平台1上三个移动副P1、P8、P11的运动，就可使动平台实现构件3、4所在运动平面的二维平移及绕转动副R4轴线的一维转动输出。
附图2所示的并联机构可为本发明的实施例之二，它由上动平台0、下静平台1及连接上下平台的一条混合链及一条简单开链组成。混合链包含由五个转动副R2、R3、R5、R6、R7、二个移动副P1、P8及七杆1、2、3、4、5、6、7组成的空间单环机构，其中，二个轴线平行的一组转动副R2、R3与另三个轴线平行的一组转动副R5、R6、R7的转动轴线相垂直，而二个移动方向相同的移动副P1、P8在下静平台1上；再在其输出构件4上用一个轴线与该输出构件重合的转动副R4连接动平台0；而简单开链由二构件8、9用移动动副P10连接后，二端分别与动平台、静平台用球铰S9、S11连接。三个移动副P1、P8、P10运动时，动平台能实现构件3、4所在运动平面的二维平移及绕转动副R4轴线的一维转动输出。

Claims (2)

1、一种三自由度二维平移一维转动并联机构，由上动平台、下静平台及连接上下平台的一条混合链及一条简单开链组成；其特征是混合链包含由五个转动副、二个移动副及七个杆件组成的空间单环机构，其中，二个轴线平行的一组转动副与另三个轴线平行的一组转动副的转动轴线相垂直，而二个移动方向相同的移动副在下静平台上，再在空间单环机构一输出构件上用一个轴线与该输出构件重合的转动副连接动平台；而简单开链由二构件、二个球铰和一个单自由度运动副组成，二个构件用球铰连接后，一端与动平台用另一球铰连接，另一端用一个单自由度运动副和静平台连接。
2、一种三自由度二维平移一维转动并联机构，由上动平台、下静平台及连接上下平台的一条混合链及一条简单开链组成；其特征是混合链包含由五个转动副、二个移动副及七个杆件组成的空间单环机构，其中，二个轴线平行的一组转动副与另三个轴线平行的一组转动副的转动轴线相垂直，而二个移动方向相同的移动副在下静平台上，再在空间单环机构一输出构件上用一个轴线与该输出构件重合的转动副连接动平台；而简单开链由二构件、二个球铰和一个单自由度运动副组成，二个构件用单自由度运动副连接后，二端分别与动平台、静平台用球铰连接。
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Assignee: Leining Electromagnetic Shield Equipment Co., Ltd.

Assignor: Jiangsu Polytechnic University

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Contract record no.: 2008320000577

Denomination of invention: Bitranslation one rotation virtual axis digital controlled machine tool and parallel connected robot mechanism

Granted publication date: 20080102

License type: Exclusive license

Record date: 2008.10.7

LIC Patent licence contract for exploitation submitted for record

Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2007.12.20 TO 2012.12.20; CHANGE OF CONTRACT

Name of requester: CHANGZHOU LEINING ELECTROMAGNETIC SHIELDING EQUIPM

Effective date: 20081007

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080102

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