运动可解耦的三维平动并联机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种只包含低副的三维平动并联机构，更确切地说，本实用新型涉及一种运动可解耦的三维平动并联机构。
【背景技术】
[0002]并联机构是一种在动平台与定平台之间包含至少两个串联运动链的多自由度机构。并联机构的自由度少于6个则称为少自由度并联机构。并联机构的刚度大、承载能力强、结构稳定、运行速度高、误差不叠加、精度高等优点，使其在运动模拟器、并联机械手、并联运动机床、触觉装置、医疗机器人、对准装置、遥操纵装置等领域得到了广泛应用。但六自由度并联机构位置正解(已知各输入关节的位置参数，求解动平台的位姿参数)解算困难、运动空间小、标定困难以及动平台的位置与方向强耦合等缺点，也使其应用受到很大限制。为克服以上缺点，研究人员开始转向少自由度并联机构，尤其是三自由度平动并联机构的研究，并取得了大量的成果:中国专利公告(布)号为CN1304820A，公告(布)日为2001年7月25日，发明名称为“用于虚轴机床和机器人等的一类三维平移并联机构”，该案中提供了一类三维平移并联机构，联接动平台与静平台的每条支路由两个转动副和一个圆柱副三者相互平行串联而成；中国专利公告(布)号为CN1307951A，公告(布)日为2001年8月15日，发明名称为“一种用于虚轴数控机床和坐标测量机的三维平移并联机构”，该案中提出了一种用于虚轴数控机床和坐标测量机的三维平移并联机构，由上平台、下平台和三条结构相同的三条支路组成，每条支路由相互平行的一个R转动副和一个C圆柱副，及另一个与之垂直的C圆柱副串联而成；中国专利公告(布)号为CN1342547A，公告(布)日为2002年4月3日，发明名称为“用于虚拟轴数控机床和坐标测量机的一类三维平移并联机构”，该案中联接动、静平台的每条支路由一个转动副、一个圆柱副和一个万向铰串联而成，其中转动副、圆柱副以及万向铰中所包含的两个转动副中的一个保持相互平行，三条支路与两平台联接的配置方式是:3条支路的3个万向铰所在平面没有公共交线；中国专利公告(布)号为CN1448246A，公告(布)日为2003年10月15日，发明名称为“用于虚拟轴坐标测量机及雕刻机的三维平移并联机构”，该案中提出了一种用于虚拟轴坐标测量划线机、雕刻机的三维平移并联机构，由上动平台、下静平台及其混合链腿、简单开链腿组成，混合链腿包含一个五杆平面闭路结构，再在中间输出转动副上铰接一构件，并用一个转动副连接另一个构件，该构件又与动平台用另一相平行的转动副连接，简单开链腿由三构件通过轴线平行的二个转动副连接后，其一外接构件与动平台用轴线平行的转动副连接，另一外接构件又和静平台用与转动副平行的移动副连接，控制下平台上三个移动构件，即可获得上平台三维纯平移输出；中国专利公告(布)号为CN1557609A，公告(布)日为2004年12月29日，发明名称为“结构解耦三自由度并联机器人机构”，该案中提出了一种结构解耦三自由度并联机器人机构，其结构是固定台上的三个相互垂直的支撑板上通过三个相同的运动支链与动平台的三个垂直面连接，运动支链的组成为带有驱动电机的回转副上安装着第一支连杆，第一支连杆另一端安装在第二回转副上，第二回转副上又连接第二支连杆，第二支连杆上安装着两个径向垂直的移动副；中国专利公告(布)号为CN1651186A，公告(布)日为2005年8月10日，发明名称为“用于机器人操作的三维平移并联机构”，该案中提出了一种用于机器人、虚拟轴坐标测量划线机、雕刻机的三维平移并联机构，由上动平台、下静平台及其混合链、简单开链组成，混合链包含五个转动副和二个移动副，简单开链包含二个转动副，控制下平台上三个移动构件，即可获得上平台三维纯平移输出；中国专利公告(布)号为CN101708609A，公告(布)日为2010年5月19日，发明名称为“空间三自由度纯平动并联机器人”，该案中提出了一种三自由度纯平动并联机器人，其包括一定平台、一动平台以及分别连接在所属定平台和动平台的三条运动子链，每个运动子链包括滑块以及多个连杆，所述的滑块相对于定平台平动，所述的连杆长度相等，并且相互平行，构成了一个平行四边形复合铰链，所述的连杆的两端分别与滑块以及动平台连接；中国专利公告(布)号为CN101905458A，公告(布)日为2010年12月8日，发明名称为“一种三平动空间并联机器人机构”，该案中提出了一种三平动空间并联机器人机构，该机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条支链组成，其中两条支链分别由运动平台到固定平台分别由转动铰、虎克铰、转动铰，以及它们之间的连杆组成，另一条支链自上而下分别由转动铰、球铰链、转动铰，以及它们之间的连杆组成；中国专利公告(布)号为CN102941572A，公告(布)日为2013年2月27日，发明名称为“一种仅含低副的空间三平动并联机构”，该案中提出了一种仅含低副的空间三平动并联机构，该机构由运动平台、固定平台和联接上述两平台的三条结构相同的支链组成。每条支链由固定平台到运动平台分别由移动副、转动副、转动副、虎克铰，以及它们之间的连杆组成；中国专利公告(布)号为CN103659793A，公告(布)日为2014年3月26日，发明名称为“单支链含闭环的平移驱动三平动并联机构”，该案中设计了一种单支链含有闭环运动链，并且以平移为驱动的末端输出为三平动的并联机构，机构由固定平台、三条运动支链、动平台组成，三条运动支链结构相同，单运动支链包含平移驱动关节和闭环运动链，运动支链首尾与固定平台、动平台相连组成。在上述成果中，存在着结构较复杂、运动支链包含高副、机构运动副自由度总数较多等缺点。
[0003]在遥操纵领域，机械手的结构对于操作性、临场感和控制精度具有重大影响，但适用于遥操纵的三维平动并联机械手的研究成果很少。Delta并联机构是目前应用最成功的实现三维平动的并联机构案例，但是基于此机构的机器人均造价昂贵。此外，还有用于遥操纵的非三维平动的机械手，如中国专利公告(布)号为CN202862219U，公告(布)日为2013年4月10日，发明名称为电液伺服遥操纵三自由度并联机械手，该案中提出了一种能够实现I维平动，2维转动的电液伺服遥操纵三自由度并联机械手，力传感器安装在液压缸的出杆端部，检测操作者对手柄的输入力；直线位移传感器安装在液压缸缸筒上，测量液压缸的伸缩量；液压缸的缸筒固定在液压缸底座上，与力传感器和直线位移传感器构成作动器总成。该机械手不能实现三维平动，且因为其采用液压驱动方式，必须考虑发热、振动和泄漏问题。
[0004]上述三自由度平动并联机构的研究成果，除了 Delta机器人，都不能完全解决正解解算困难、运动空间小、标定困难以及动平台的位置与方向强耦合等缺点，用于遥操作领域仍然不能很好满足现实需求，迫切需要创造出满足运动形式要求且运动副少、响应速度快、制造成本低的新机型。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的并联机构运动学正解解算困难、运动空间小、动平台的位置与方向强耦合、响应速度较慢和造价高的问题，以及采用液压驱动方式时，容易产生的发热、振动和泄漏问题，提供了一种运动可解耦的三维平动并联机构。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的:所述的一种运动可解耦的三维平动并联机构包括定平台、动平台、并联机构第I支链、并联机构第2支链与并联机构第3支链。
[0007]并联机构第I支链、并联机构第2支链与并联机构第3支链结构相同，动平台位于定平台的上方，并联机构第I支链、并联机构第2支链与并联机构第3支链位于动平台与定平台之间；并联机构第I支链、并联机构第2支链与并联机构第3支链的上端和动平台固定连接，并联机构第I支链、并联机构第2支链与并联机构第3支链的下端和定平台固定连接，并联机构第I支链、并联机构第2支链与并联机构第3支链中相邻两支链之间的夹角为120 度。
[0008]技术方案中所述的定平台为圆形平板类结构件，定平台的圆心处设置有定平台中心孔，定平台上依次设置有定平台第一组孔、定平台第二组孔与定平台第三组孔，定平台第一组孔、定平台第二组孔与定平台第三组孔中相邻两组孔之间的夹角为120度，定平台第一组孔、定平台第二组孔与定平台第三组孔依次和定平台中心孔的距离相等，定平台第一组孔、定平台第二组孔与定平台第三组孔中的孔的个数、孔的结构尺寸和孔与孔之间的位置关系完全相同。
[0009]技术方案中所述的定平台第一组孔包括I号滚珠丝杠孔、2号滚珠丝杠孔、3号滚珠丝杠孔、4号滚珠丝杠孔、I号位移传感器安装孔、2号位移传感器安装孔、3号位移传感器安装孔与4号位移传感器安装孔。所述的I号滚珠丝杠孔、2号滚珠丝杠孔、3号滚珠丝杠孔与4号滚珠丝杠孔和定平台中心孔设置在同一条半径上，I号滚珠丝杠孔和4号滚珠丝杠孔是螺纹通孔，2号滚珠丝杠孔和3号滚珠丝杠孔为光盲孔，I号位移传感器安装孔和4号位移传感器安装孔所在的直线平行于定平台中心孔与I号滚珠丝杠孔所在的直线；2号位移传感器安装孔和3号位移传感器安装孔所在的直线平行于定平台中心孔与I号滚珠丝杠孔所在的直线；1号位移传感器安装孔、2号位移传感器安装孔、3号位移传感器安装孔和4号位移传感器安装孔位于一个矩形的4个顶点处；1号位移传感器安装孔、2号位移传感器安装孔、3号位移传感器安装孔和4号位移传感器安装孔是与直线位移位移传感器自身设置的I号位移传感器孔、2号位移传感器孔、3号位移传感器孔与4号位移传感器孔相对应的孔。
[0010]技术方案中所述的动平台为由3个长边与3个短边相间设置所围成的六边形的平板类结构件，在六边形的动平台的三个短边处依次设置有动平台第一组孔、动平台第二组孔与动平台第三组孔，动平台第一组孔、动平台第二组孔与动平台第三组孔中相邻两组孔之间的夹角为120度，动平台第一组孔、动平台第二组孔与动平台第三组孔依次和动平台的三个短边的距离相等，动平台第一组孔、动平台第二组孔与动平台第三组孔中的孔的个数、孔的结构尺寸和孔与孔之间的位置关系完全相同。
[0011]技术方案中所述的动平台第一组