专利名称：用于虚轴机床与机器人等的一类(三平移两转动)并联机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一类机床、机器人与坐标测量机等的执行机构，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等提供一类(3种)5自由度(三平移两转动)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；(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。
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)。其动平台相对于基平台具有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
本发明目的是提供一类(3种)5自由度(三平移两转动)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(0)和结构不全相同的3条支路组成。第1条支路由两个移动副(P2与P4)与三个转动副(R1、R3与R5)组成的平面5杆回路再串联三个转动副(R6、R7与R8)而成，且R6与R5的轴线重合，R7与R8两者轴线相互平行；第2条支路由一移动副(P10)与两球面副(S9与S11)串联而成；第3条支路由两个移动副(P13与P15)与三个球面副(S12、S14与S16)组成的5杆回路再串联一个球面副(S17)而成。3条支路两端构件分别固联在动、静两平台上。
附图2为附图1所示并联机构的衍生并联机构。它由动平台(1)、静平台(0)和结构不全相同的3条支路组成。其第1条、第2条支路分别同于附图1并联机构的第1条、第2条支路，第3条支路由两移动副(P13与P15)与三个转动副(R12、R14与R16)组成的平面5杆回路再串联三个转动副(R17、R18与R19)而成，且R17与R14两者轴线重合，R18与R19两轴线相互平行。3条支路两端构件分别固联在动、静平台上，且应使动平台上的R8与R19两轴线相互平行，静平台上的R1与R12两者轴线相互平行。
附图3为附图1所示并联机构的衍生并联机构。它由动平台(1)、静平台(0)和结构不同的3条支路组成。第1条支路由两个移动副(P2、P5)与四个转动副(R1、R3、R4与R6)组成的平面6杆回路再串联两个转动副(R7与R8)而成，且R7与R8两轴线相互平行；第2条、第3条支路分别同于附图1并联机构的第2条、第3条支路。3条支路两端构件分别固联在动、静两平台上。
本发明为一类5自由度(三平移两转动)新型并联机构。该类机构具有以下特点(1)机构动平台具有三平移两转动输出，且非期望运动输出为常量；(2)附图1与附图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各基本回路单独求解，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、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、测量机、微动操作手的开发与实用化。
具体实施例方式
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(1)上安装测量头(A)。当机构各构件尺度参数确定后，控制5个驱动副(移动副P2、P4、P10、P13与P15)的输入运动，可控制动平台(1)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。因有5个主动输入，有利于避开机构的奇异位形。
权利要求
1.一种可用于虚轴机床、机器人与虚轴机械测量机等的5自由度(三平移两转动)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条支路第1条支路由两移动副和三转动副组成的平面5杆回路再串联三个转动副而成，且串联的第一个转动副轴线与5杆回路中间转动副轴线重合，串联的另两个转动副轴线相互平行；第2条支路由一个移动副与两个球面副串联而成；第3条支路由两个移动副与三个球面副组成的5杆回路再串联一个球面副而成，3条支路的两端构件分别固联在动、静平台上。
2.按照权利1要求所述并联机构，其第3条支路用一新的支路替代，新支路由两个移动副与三个转动副组成的平面5杆回路再串联三个转动副而成，且串联的第一个转动副轴线与5杆回路中间转动副轴线相互平行，串联的另两个转动副轴线相互平行，3条支路在动、静平台之间的配置方式两条支路的两个平面5杆回路的所在平面应相互平行。
3.按照权利1要求所述并联机构，其第1条支路用一新支路替代，新支路由两个移动副与四个转动副组成的平面6杆回路再串联两个转动副而成，且串联的两个转动副轴线相互平行。
全文摘要
提供一类(3种)5自由度(三平移两转动)并联机构。其中一种，由动平台、静平台和3条支路组成。第1条支路由两个移动副与三个转动副组成的平面5杆回路再串联三个转动副而成，且串联的一个转动副轴线与5杆回路中间的转动副轴线重合，串联的另两个转动副轴线相互平行；第2条支路由一个移动副与两个球面副串联而成；第3条支路由两个移动副与三个球面副组成的5杆回路再串联一个球面副而成。3条支路两端构件分别固联在动、静平台上。驱动5个移动副，即可控制动平台的三平移两转动输出。该机构具有非期望运动输出的常量，运动输入—输出部分控制解耦，运动学分析较简单，机构结构简单，不存在二重球面副制造困难等优点。该机构可作为虚轴机床、虚轴机械测量机、机器人等的执行机构。
文档编号B25J9/08GK1528570SQ20031010601
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月8日 优先权日2003年10月8日
发明者杨廷力, 金琼, 沈惠平, 刘安心 申请人:杨廷力