专利名称：用于虚轴机床与机器人的含平面5杆回路的两平移两转动并联机构的制作方法
技术领域：
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。
对虚轴数控机床而言，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，一般切削过程只需要控制五个轴的进给运动，外加主轴的转动即可加工其工作空间内的任意自由曲面。因此，若用4自由度的并联平台机构，给主轴提供4自由度的进给运动，又由装夹工件的工作台实现一个方向的移动，可方便地实现结构简单、易于控制的五轴联动数控机床。
总之，虚轴机床、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类(6种)4自由度(两平移两转动)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，可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、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)和结构不全相同的3条支路组成。两条结构相同的支路由四个构件(3、4、5、6)串联三个相互平行的转动副(R7)和垂直于转动副(R7)的两个相互平行的转动副(R8)组成。第3条为广义支路，由5个转动副(R9)的5杆平面回路串联一个万向节(T10)(万向节的一个转动副轴线与回路的一个转动副轴线重合)组成。诸支路两端构件分别固联在动、静平台上，但位于动平台上分属3条支路的3个转动副轴线呈相互平行配置，位于静平台上分属3个支路的4个转动副亦呈相互平行配置。
附图1中，静平台上4个转动副可用移动副(P11)替代，但移动副应垂直于被替代转动副轴线，如附图2所示。
附图1、2结构相同的两条支路中，相互垂直的两转动副可用万向节替代。
附图1中，两结构相同的两支路之一(或全部)，可用由两个球副和一个转动副串联而成的支路替代；亦可用由两个球副(S13)和一个移动副(P14)串联而成的支路替代，如附图3所示。
本发明为一类4自由度(两平移两转动)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两转动运动输出，且非期望运动输出为常量；(2)机构存在过约束回路，故刚性好、结构较简单；(3)运动学正解极为简单，且具有部分控制解耦；(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、微动操作手的开发与实用化。
权利要求
1.一种可用于虚轴数控机床、机器人等的4自由度(两平移两转动)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条支路两条支路结构相同，由三个相互平行的转动副和垂直于它们的2个相互平行的转动副串联而成；第3条为广义支路由5个转动副的平面5杆回路串联一个万向节(万向节的一个转动副轴线与回路的一转动副轴线重合)组成。支路在两平台之间的配置方式是动平台上分属3条支路的3个转动副呈相互平行配置，静平台上分属3条支路的4个转动副亦呈相互平行配置。
2.按照权利1要求所述并联机构，静平台上转动副可用移动副替代，但移动副应垂直于被替代转动副轴线。
3.按照权利1或2要求所述并联机构，结构相同两支路中相互垂直的两个转动副可以用万向节替代。
4.按照权利1要求所述并联机构，结构相同的两条支路之一(或全部)可以用由两个球副和一个转动副串联而成的支路替代；也可用由两个球副和一个移动副串联而成的支路替代。
全文摘要
提供一类(6种)4自由度(两平移两转动)并联机构。一种由动平台、静平台和3条支路组成。两条支路结构相同，由3个相互平行的转动副和垂直于它们的2个转动副串联而成；第3条为广义支路，由5个转动副的5杆平面回路串联一个万向节(万向节的一个转动副轴线与回路中一转动副轴线重合)组成。支路在两平台之间的配置方式是动平台上分属3条支路的3个转动副呈相互平行配置，静平台上分属3条支路的4个转动副亦呈相互平行配置。驱动静平台上四个转动副，即可控制动平台的两平移两转动输出。该机构具有非期望输出为常量、运动学正解极为简单且具有部分控制解耦性、刚性好、结构较简单、便于制造等优点。为虚轴机床、机器人等提供新机型，为其开发与实用化提供了可能。
文档编号B23Q7/14GK1463822SQ0213785
公开日2003年12月31日 申请日期2002年6月28日 优先权日2002年6月28日
发明者杨廷力 申请人:杨廷力