专利名称：用作机械测量机与虚拟轴数控机床的六自由度并联机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机床、机器人、坐标测量机与多自由度运动平台的执行机构，具体地说是为并联结构 的虚拟轴数控机床、虚拟轴并联坐标测量机与并联机器人提供一种新型的六自由度并联机构。
背景技术：
并联结构数控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、中国等国已研制 出这种机床的样机，所采用的并联机构大多为传统的Stewart机构或其改进型机构，它们主要由基座、运 动平台和连杆组成，连杆两端分别为球副和万向节，通过控制6个连杆的长度，改变刀具在空间的位置。 Stewart机构及其改进型机构具有以下缺点①运动学正解求解困难；②运动平台的位置与方向为强耦合； ③运动空间较小；④制造高精度球副困难。基于上述情况，Tsai提出虚拟轴数控机床用两个并联机构下 平台为三维平移并联机构，上平台为三维转动并联机构(US Patent, Tsai， Patent Nember: 5656905， 1997)。其 主要特点是运动学正解为8次；位置与方向解耦；与Stewart机构相比，工作空间较大；完全由转动副组 成并联机构，与球面副相比容易制造。并联结构的虚拟轴坐标测量机，也是近年来科学测量仪上的一个重 大进展,与传统的串联结构的测量机相比,并联结构坐标测量机具有结构刚性大、运动速度高、误差不叠加 等独特性,可使测量精度及测量效率等性能得到很大改善。目前,已有的相对成熟的并联坐标测量机结构有 6-SPS 6-RSS以及3-RPS等。对于6-SPS和6-RSS机构来说，由于其可动平台相对于基平台具有6个空间 自由度,因而其末端执行器的空间位姿比较灵活,但由于该机构的结构相对比较复杂,空间约束较少,致使其 末端执行器的求解较困难。
由于上述几种结构中均含有较多的球面副,因此其制造及装配均较复杂。
综上所述，虚轴数控机床和坐标测量机、机器人的发展和实用化需要创造出优f现有机构的新机型。
发明内容
本实用新型目的是要克服现有技术的缺点，提供一种新的六自由度并联机构，其特点是
① 机构动平台可实现六自由度(三个平移及三个转动)运动输出。
② 运动输入一输出具有部分解耦性，可简化虚拟轴机床与机器人系统的控制问题；也可大大地减少在建立 并联虚轴测量机测量模型、测量校正与补偿模型等方面的难度。
③ 所有驱动马达均在静平台上，可减少机构的运动负载，改善动力学性能。
本实用新型所采用的技术方案是附图1为本实用新型的六自由度并联机构的结构示意图，它由上动 平台0、下静平台1及连接该二个平台的二条结构相同的混合链与二条结构相同的简单开链组成。混合链为一空间闭路结构，由两条分别包含二个构件2、 3或4、 5的球副一球副一转动副型支链S8-S9-R13或 S8-S1Q-R12组成，两条支链的二外接球副Ss共球心活动联接后，又与上动平台O构成复合球副Ss连接，而 其外接转动副Rn、 R!2分别与下静平台l机械连接；而简单开链由二构件6、 7通过球副S2连接组成，且 构件6与上动平台0用球副S！机械连接，构件7与下静平台l用转动副Ru机械联接。因此，上动平台 0上有二个联接球面副S, 、 S3及一个复合球面副Ss、 S5，下静平台1上有六个联接转动副Ri3、 Ri6、 Ri5、 Ri4、 Rii、 Ri2。
总之，本实用新型为虚拟轴数控机床、并联坐标测量机与机器人、娱乐运动平台等提供了具有上述特 点的新机型，有利于其开发及实用化。
附图1为本实用新麼的六自由度并联机构的结构示意图。
具体实施方式
附图1所示的并联机构可为本实用新型的一个实施例，它由上动平台0、下静平台1及连接该二个平 台的二条结构相同的混合链与二条结构相同的简单开链组成。混合链为一空间闭路结构，由两条分别包含 二个构件2、 3或4、 5的球副一球副一转动副型支链S8-S9-R13或S8-S1(rR12组成，两条支链的二外接球 副Ss共球心活动联接后，又与上动平台0构成复合球副S8连接，而其外接转动副Rn、 Ru分别与下静平 台l机械连接；而简单开链由二构件6、 7通过球副S2连接组成，且构件6与上动平台0用球副S！机械 连接，构件7与下静平台l用转动副Ru机械联接。因此，上动平台O上有二个联接球面副S！ 、 &及二 个复合球面副Ss、 S5,下静平台1上有六个联接转动副Ri3、 Ri6、 Ri5、 R4、 Rii、 Ri2，但静平台上的六 个转动副可用六个移动副代替。
当所有连杆结构尺寸参数及其在上动平台0、下静平台1上的分布位置一定时，控制下静平台1上 六个驱动关节Ri3、 Ris、 Ri5、 Ri4、 Ru、 Ri2的运动，就可控制上动平台O在空间的一般位置和姿态，实 现三维平移及三维转动输出。该种并联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，如在动平台上安装刀具或探头，该并联机构即可以作为并联结构的虚拟轴数控机床及虚拟轴并联坐标 测量机的执行机构。
权利要求1、用作机械测量机与虚拟轴数控机床的六自由度并联机构，由上动平台、下静平台以及连接上动平台、下静平台的二条结构相同的含空间闭路结构的混合链及二条结构相同的简单开链；其特征在于混合链包含的空间闭路结构由两条分别包含二个构件的球副-球副-转动副型支链组成，两条支链的二外接球副共球心活动联接后，又与上动平台构成复合球副连接，其外接转动副分别与下静平台机械连接；而简单开链由二构件通过-球副连接组成，其一构件与下静平台用转动副机械连接，另一构件与上动平台也用一球副机械连接。
2、 按照权利要求1所述的六自由度并联机构，其特征在于下静平台上的六个转动副可用 六个移动副代替。
专利摘要用作机械测量机与虚拟轴数控机床的六自由度并联机构，由上动平台、下静平台及其连接上动平台、下静平台的二条结构相同的混合链与二条结构相同的简单开链组成。混合链包含的空间闭路结构由两条分别包含二个构件的球副—球副—转动副型支链组成，两条支链的二外接球副共球心活动联接后，又与上动平台构成复合球副连接，其外接转动副分别与下静平台机械连接；而简单开链由二构件通过一球副连接组成，其一构件与下静平台用转动副机械连接，另一构件与上动平台也用一球副机械连接。控制下静平台上六个驱动关节的运动，就可控制上动平台实现三维平移及三维转动输出。该机构可作为并联结构的测量机、虚拟轴数控机床及各种运动平台的执行机构。
文档编号B23Q1/25GK201073733SQ20072007502
公开日2008年6月18日 申请日期2007年9月26日 优先权日2007年9月26日
发明者杨廷力, 沈惠平 申请人:江苏工业学院