专利名称：一种三转动球面运动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种并联虚轴机床、操作工作台与机器人关节的执行机构，具体地说是为并联结构虚轴机床、操作工作台与机器人关节提供一种新型的三维转动球面运动机构。
背景技术：
并联机构在虚拟轴机床、坐标测量机、工作平台、机械手等领域获得了广泛应用， 除了 6自由度的6-SPS、6-RSS典型并联结构外，还有自由度为2 5的少自由度并联机构， 它们在实际的工业生产上具有更大的实用价值。研究较多的有三维平移机构，如Delta机构、Star Like机构、Tsai氏三平移机构(美国专利号5656905，1997)，其主要特点是位置与方向解耦。三维转动并联机构也可广泛应用于机械加工、雷达跟踪、舞台照明、机器人关节等场合，加拿大学者Gosselin最早研究、设计基于球面并联机构的“灵巧眼”，后来，国内一些学者也提出了一些球面并联机构或装置，例专利文献ZL022090649、ZL200810055018. 6, 201010126955. 3,201010274735. 5等所述的三维转动并联机构。总之，相对来说，三维转动并联机构的型式还比较少，需要综合结构简单、控制解耦、刚度好的实用化新机型。
发明内容
本发明的目的是要提供结构简单、控制解耦、刚度好的新型三维转动球面运动机构。本发明所述的第一种三转动球面运动机构，由上动平台( 、下静平台(0)及连接上动平台C3)和下静平台(0)的三条结构相同的支链组成，第一条支链上的圆弧形杆一(1) 的一端和下静平台(0)以转动副一(R11)联接后，另一端以转动副二(R12)与构件一 O)的一端连接，构件一( 的另一端和上动平台C3)以球铰一(S13)连接；进一步，第一条支链上圆弧形杆一(1) 二端的转动副一(R11)和转动副二(R12)、第二条支链上圆弧形杆二(4) 二端的转动副三(R22)和转动副四(R21)、第三条支链上圆弧形杆三(5) 二端的转动副五(R32) 和转动副六(R31),共六个转动副的轴线必须相交于同一转动中心点(0’)，且上动平台(3) 上的球铰一(S13)、球铰二(S23)、球铰三(S33)的位置不能在一条直线上。本发明所述的第二种三转动球面运动机构，由上动平台( 、下静平台(0)及连接上动平台C3)和下静平台(0)的三条结构相同的支链组成，第一条支链上的圆弧形杆一(1) 的一端和上动平台(3)以转动副一(R13)联接后，另一端以转动副二(R12)与构件一 O)的一端连接，构件一( 的另一端和下静平台(0)以球铰一(S11)连接；进一步，第一条支链上的圆弧形杆一(1) 二端的转动副一(R13)和转动副二(R12)、第二条支链上圆弧形杆二(4) 二端的转动副三(R23)和转动副四( )、第三条支链上圆弧形杆三(5) 二端的转动副五(R32) 和转动副六(R33),共六个转动副的轴线必须相交于同一转动中心点(0’)，且下静平台(0)
3上的球铰一(S11)、球铰二(S21)、球铰三(S31)的位置不能在一条直线上。这二种机构具有结构简单、工作空间较大、制造安装容易、控制方便等优点，可以为三维转动并联机床、工作平台、雷达跟踪、舞台照明、机器人关节的开发与实用化提供可能。
附图1为本发明的一种结构示意图。附图2为本发明的另一种结构示意图。
具体实施例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所示的一种三转动球面运动机构为本发明的第一个实施例，它由上动平台 3、下静平台0及连接上动平台3和下静平台0的三条结构相同的支链组成，第一条支链上的圆弧形杆一 1的一端和下静平台0以转动副一 Ii11联接后，另一端以转动副二 R12与构件一 2的一端连接，构件一 2的另一端和上动平台3以球铰一 S13连接；进一步，第一条支链上圆弧形杆一 1 二端的转动副一 R13和转动副二 R12、第二条支链上圆弧形杆二 4 二端的转动副三&和转动副四I^22、第三条支链上圆弧形杆三5 二端的转动副五Ii32和转动副六R33， 共六个转动副的轴线必须相交于同一转动中心点0'，且上动平台3上的球铰一 S13、球铰二 S23、球铰三S33的位置不能在一条直线上。驱动下静平台0上的三个转动副t n、R21和1 31，就可实现上动平台3绕转动中心点 0'的三转动球面输出运动。附图2所示的一种三转动球面运动机构为本发明的另一个实施例，由上动平台3、 下静平台0及连接上动平台3和下静平台0的三条结构相同的支链组成，第一条支链上的圆弧形杆一 1的一端和上动平台3以转动副一 R13联接后，另一端以转动副二 R12与构件一 2的一端连接，构件一 2的另一端和下静平台0以球铰一 S11连接；进一步，第一条支链上的圆弧形杆一 1 二端的转动副一 R13和转动副二札2、第二条支链上圆弧形杆二 4 二端的转动副三&和转动副四I^22、第三条支链上圆弧形杆三5 二端的转动副五Ii32和转动副六1 33，共六个转动副的轴线必须相交于同一转动中心点0'，且下静平台0上的球铰一 Sn、球铰二 21、 球铰三S31的位置不能在一条直线上。驱动上动平台3上的三个转动副1 13、1 23和1 33，就可实现上动平台3绕转动中心点 0'的三转动球面输出运动。该二种球面运动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，且结构简单、工作空间较大、制造安装容易，可作为并联结构的虚拟轴机床、工作平台、雷达跟踪、舞台照明、机器人关节的执行机构。
权利要求
1.一种三转动球面运动机构，由上动平台(3)、下静平台(0)及连接上动平台C3)和下静平台(0)的三条结构相同的支链组成，其特征是第一条支链上的圆弧形杆一(1)的一端和下静平台(0)以转动副一(R11)联接后，另一端以转动副二(R12)与构件一 O)的一端连接，构件一(2)的另一端和上动平台C3)以球铰一(S13)连接；进一步，第一条支链上圆弧形杆一(1) 二端的转动副一(R11)和转动副(R12)、第二条支链上圆弧形杆二(4) 二端的转动副三(R22)和转动副四(R21)、第三条支链上圆弧形杆三(5) 二端的转动副五(R32)和转动副六(R31),共六个转动副的轴线必须相交于同一转动中心点(0’)，且上动平台(3)上的球铰一(S13)、球铰二(S23)、球铰三(S33)的位置不能在一条直线上。
2.一种三转动并联机构，由上动平台(3)、下静平台(0)及连接上动平台C3)和下静平台(0)的三条结构相同的支链组成，其特征是第一条支链上的圆弧形杆一(1)的一端和上动平台(3)以转动副一(R13)联接后，另一端以转动副二(R12)与构件一(2)的一端连接，构件一 O)的另一端和下静平台(0)以球铰一(S11)连接；进一步，第一条支链上的圆弧形杆一 (1) 二端的转动副一(R13)和转动副二(R12)、第二条支链上圆弧形杆二(4) 二端的转动副三(R23)和转动副四(R22)、第三条支链上圆弧形杆三( 二端的转动副五(R32)和转动副六(R33),共六个转动副的轴线必须相交于同一转动中心点(0’)，且下静平台(0)上的球铰一(S11)、球铰二(S21)、球铰三(S31)的位置不能在一条直线上。
全文摘要
一种三转动球面运动机构，由上动平台、下静平台及连接上动平台和下静平台的三条结构相同的支链组成，其中第一条支链上的圆弧形杆一的一端和下静平台以转动副一联接后，另一端以转动副二与构件一的一端连接，构件一的另一端和上动平台以球铰一连接；进一步，这三条支链上，圆弧形杆一的二端的转动副一和转动副二、圆弧形杆二的二端的转动副三和转动副四、圆弧形杆三的二端的转动副五和转动副六，共六个转动副的轴线必须相交于同一转动中心点，且动平台上的球铰一、球铰二、球铰三的位置不能在一条直线上。驱动三条支链上与下静平台联接的三个转动副，就可实现上动平台的三维转动输出。该球面运动机构结构简单、工作空间较大、制造安装容易，可作为并联机床、操作平台与机器人关节的执行机构。
文档编号B25J9/08GK102275161SQ20111018990
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者唐琳, 朱小蓉, 李菊, 杨廷力, 沈惠平, 王振 申请人:常州大学