带加强柱的三自由度并联机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三自由度并联机构，尤其是一种由移动副、转动副和球面副构成的三自由度并联机构，属于机器人应用技术领域。
【背景技术】
[0002]3-PRS并联机构，也可称为3-PRS并联机器人，它属于一类并联机构，由3个完全相同的分支组成，每个分支都包含一个移动副(P)、一个转动副(R)与一个球面副(s)。3-PRS并联机构作为少自由度并联机器人的典型代表之一，虽然只有3个自由度，但是由于机械结构与控制部分相对简单，它的一些特殊构型已在工业生产中得到了成功应用。
[0003]影响3-PRS并联机构工作性能的参数很多，主要包括工作空间的形状与大小、精度、承载能力等。由于各个支链之间互相耦合，再加上运动学与动力学方程中包含了三角函数、非线性方程组，工作空间、精度等性能评价、设计与优化的过程非常复杂。在研究的过程中，通常运用线性化等方法将问题简化，进而进行理论分析；然后与实验相结合，修改完善理论模型，得到针对某一类并联机构普适的模型。为了全面分析，就需要在不同的机构类型(连杆的布置形式)、机构尺寸下进行研究。可调机构类型、可调工作空间的3-PRS并联机构将为研究提供了巨大的便利，极大地节约时间与硬件成本。但是，机构可调带来了一些新的问题，例如，调节部件使立柱等主要部分的工作刚度减小，导致精度下降、承载力减小；通过加大调整部分及立柱尺寸等方法可以增大刚度，但这又导致了调整机构笨重，不方便调节。
【发明内容】
[0004]本发明针对一类机构类型、工作空间可调的3-PRS并联机构由于调节部件导致工作刚度减小、或增大尺寸导致机构笨重的技术问题，提供了一种带加强柱的3-PRS并联机构，将加强部件与调整部件分离开来，在保证调整灵活性的同时，增大了机构的工作刚度，有效地解决了上述技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是:一种带加强柱的三自由度并联机构，包括定平台1、动平台2、第一支链3、第二支链4和第三支链5 ;
第一支链3、第二支链4和第三支链5中的每一个支链均包括以下部件:
第一调节部件31，41，51、第一立柱32，42，52、第一移动副33，43，53、第一转动副34，44，54、第一连杆35，45，55、第一球面副36，46，56、第一加强柱37，47，57、第一加强联接部件组38，48，58，第一加强联接部件组38，48，58至少包括1组第一加强联接部件；第一加强联接部件组38，48，58中的每组第一加强联接部件均由第一小联接板381，481，581、第一加强杆组382，482，582和第一大联接板383，483，583组成；
上述每个支链中所包括的部件的联接结构为:
第一调节部件31，41，51水平安装在定平台1上，第一调节部件31，41，51上安装第一立柱32，42，52，第一立柱32，42，52垂直于定平台1，第一移动副33，43，53与第一立柱32，42，52联接，第一移动副33，43，53的轴线与定平台1的上平面垂直，第一移动副33，43，53与第一转动副34，44，54联接，第一转动副34，44，54的轴线与定平台1的上平面平行，第一连杆35，45，55的一端与第一转动副34，44，54联接，第一连杆35，45，55的另一端与第一球面副36，46，56联接，第一球面副36，46，56安装在动平台2上，
第一加强柱37，47，57与第一加强联接部件组38，48，58中的每组第一加强联接部件均安装在定平台1的边缘的位置，具体为:第一立柱32，42，52两侧安装第一加强柱37，47，57，第一立柱32，42，52上安装第一小联接板381，481，581，第一加强柱37，47，57上安装第一大联接板383，483，583，第一小联接板381，481，581与第一大联接板383，483，583均与定平台1平行，第一小联接板381，481，581与第一大联接板383，483，583安装高度相同，第一加强杆组382，482，582中的每个加强杆的一端用铰制孔螺栓安装在第一小联接板381，481,581上，第一加强杆组382，482，582中的每个加强杆的另一端用铰制孔螺栓安装在第一大联接板383，483，583上；
调节部件31，41，51两两成120°夹角分布，加强柱37，47，57两两成120°夹角分布。
[0006]进一步，第一加强联接部件组38，48，58中的每组第一加强联接部件的第一小联接板381，481，581上均设置m个铰制孔螺栓安装孔，第一大联接板383，483，583上均设置Μ个铰制孔螺栓安装孔，m和Μ均为不小于3的奇数，Μ不小于m。
[0007]进一步，第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件的第一小联接板381上的m个铰制孔螺栓安装孔在定平台1上平面投影，m个投影圆的圆心在同一个圆上且半径为r、圆心为投影点01 ;将第一转动副34在定平台1上平面投影，第一转动副34的转动中心的中点的投影点设为P1 ;投影点01与投影点P1重合；第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件的第一大联接板383上的Μ个铰制孔螺栓安装孔的中心在同一个圆上且半径为R，R大于r ;所有小联接板381，481，581的结构与尺寸完全相同；所有大联接板383，483，583的结构与尺寸完全相同。
[0008]更进一步，第一加强联接部件组38，48，58中的每组第一加强联接部件的第一加强杆组382，482，582至少包括3个加强杆。
[0009]再进一步，第一加强杆组382、第二加强杆组482、第三加强杆组582中的加强杆的安装的步骤完全相同，第一加强联接部件组38中的每组第一加强联接部件的第一加强杆组382中的其中3个加强杆的安装的步骤为:
51:确定第一立柱32的方向角D1，第一转动副(34)的转动中心的中点的投影点P1与定平台1中心的连线，垂直于第一转动副34的转动中心时方向角D1为0°，逆时方向时方向角D1为正，顺时针方向时方向角D1为负，方向角D1的范围为-60° -60° ；
52:当方向角D1不小于0°时，将第一小联接板381上的m个铰制孔螺栓安装孔按照逆时针方向编号为1、2、3、…、m，将第一大联接板383上的Μ个铰制孔螺栓安装孔按照逆时针方向编号为1、2、3、…、Μ ;当方向角D小于0°时，上述的第一小联接板381与第一大联接板383上的铰制孔螺栓安装孔按照顺时针方向编号；
53:将第一小联接板381、第一大联接板383、第一立柱32、第一转动副34在定平台1上平面投影，做俯视图；得到第一小联接板381上的m个铰制孔螺栓安装孔的中心的投影点hl、h2、h3、…、hm，第一大联接板383上的Μ个铰制孔螺栓安装孔的中心的投影点Η1、Η2、Η3、…、ΗΜ，第一转动副34的转动中心的中点的投影点Ρ1 ；
54:第一个加强杆的安装位置的确定方法是:连接投影点Ρ1与Η1，在第一小联接板381上编号为1、2、3、…、(m-l)/2的铰制孔螺栓安装孔中选择其中心的投影hl、h2、h3、…、h(m-l)/2与连线P1H1距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第一个加强杆的一端的安装孔，设编号为J，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1H1距离相同，则选择编号小的一个，第一个加强杆的另一端安装在第一大联接板383的编号为1的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第一个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装；
第二个加强杆安装位置的确定方法是:设K= (Μ+1) /2，连接投影点Ρ1与ΗΚ，在第一小联接板381上编号为J+l、J+2、J+3、…、(m+l)/2的铰制孔螺栓安装孔中选择其中心的投影h(J+l)、h(J+2)、h(J+3)、”.、1ι(m+1)/2与连线P1HK距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第二个加强杆的一端的安装孔，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1HK距离相同，则任选一个，第二个加强杆的另一端安装在第一大联接板383的编号为K的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第二个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装；
第三个加强杆安装位置的确定方法是:设K= (m+1)/2，连接投影点P1与HM，在第一小联接板381上编号为K+l、K+2、K+3、…、m的孔中选择其中心的投影h(K+l)、h (K+2)、h(K+3)、…、hm与连线P1HM距离最近的铰制孔螺栓安装孔作为第三个加强杆的一端的安装孔，如果有两个铰制孔螺栓安装孔中心的投影与连线P1HM距离相同，则选择编号大的一个，第三个加强杆的另一端安装在第一大联接板383的编号为Μ的铰制孔螺栓安装孔中，根据孔距调节第三个加强杆的长度，用铰制孔螺栓安装。
[0010]本发明具有的有益的效果是:<