[發(fā)明專利]一種解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910045530.7
• 申請日: 2009-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN101780671A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張帆;徐正好;胡義剛;成瓊;沈耀仁;劉燕
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/08
• 分類號(hào): B25J9/08;B23Q1/48
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人，尤其涉及一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)虛軸數(shù)控機(jī)床、并聯(lián)機(jī)器人提供一類新型執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于重載模擬設(shè)備、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、傳感器及微操作領(lǐng)域。然而，用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)各驅(qū)動(dòng)單元之間是耦合的，即用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)整體輸出平臺(tái)沿任一方向的運(yùn)動(dòng)都是所有驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)合成，并且各驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)與用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)(即輸入與輸出)之間是非線性的。這一特性導(dǎo)致用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制復(fù)雜，標(biāo)定困難，且制約了精度的提高。因此，如何實(shí)現(xiàn)用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)解耦，以簡化控制和標(biāo)定，提高運(yùn)動(dòng)精度，一直是一個(gè)困難而富有挑戰(zhàn)性的課題。

運(yùn)動(dòng)解耦并聯(lián)機(jī)器人是指輸出運(yùn)動(dòng)的任一個(gè)自由度都僅依賴單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，其他驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)幼鞑粚Υ俗杂啥犬a(chǎn)生影響。具有完全解耦的用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系簡單、標(biāo)定簡便、控制精度高、剛度大，在虛軸機(jī)床和機(jī)器人應(yīng)用前景廣闊。

[Hunt?K?H.Structural?Kinematics?of?In-Parallel-Actuated?Robot?Arms，Journal?ofMechanisms，Transmissions?and?Automation?in?Design，1983，105：705-712]報(bào)道了一種兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)自由度用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，主要由機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)和固連在機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)之間的三個(gè)結(jié)構(gòu)形式相同的運(yùn)動(dòng)支鏈組成，每個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈依次由轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、球鉸鏈及它們之間的桿件組成，并且三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈空間對稱分布。文獻(xiàn)[Huang?Z，Wang?J.Fang?Y?F，Analysis?of?Instantaneous?Motions?ofDeficient-Rank?3-RPS?Parallel?Manipulators.Mechanism?and?Machine?Theory，2002，37(2)：229-240.]報(bào)道了該類型用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的軸線只存在于一單葉雙曲面上。

中國專利文獻(xiàn)CN101036986A報(bào)道了由動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)及連接它們的四條閉環(huán)運(yùn)動(dòng)支鏈組成的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，每條閉環(huán)支鏈含有一類對稱結(jié)構(gòu)的六桿球形機(jī)構(gòu)，動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)與每條支鏈用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。文獻(xiàn)[Xian?wen?Kong，Clement?M.Gosselin?Type?synthesis?of?input-outputdecoupled?parallel?manipulators，Transactions?of?the?CSME，Vol.28，Special?Edition，2004]中報(bào)道了具有兩移動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)自由度用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)和串并聯(lián)混搭的運(yùn)動(dòng)支鏈組成。文獻(xiàn)[李惠良，金瓊，楊廷力，一類一平移兩轉(zhuǎn)動(dòng)解耦用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)及其位移分析，機(jī)械制造與研究，F(xiàn)eb?2002，(1)：9-12，14]提出一種具有三角化解耦特性的兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但輸出自由度不完全由單個(gè)驅(qū)動(dòng)器控制，仍屬于部分解耦用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，完全解耦的二轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)文獻(xiàn)、發(fā)明目前尚未檢索到。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、運(yùn)動(dòng)精度高的用于虛軸機(jī)床與機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)3和連接機(jī)架與動(dòng)平臺(tái)3的兩條運(yùn)動(dòng)支鏈2a、2b組成，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)支鏈2a包括移動(dòng)副21、轉(zhuǎn)動(dòng)副22、轉(zhuǎn)動(dòng)副23和桿件，所述的運(yùn)動(dòng)支鏈2b包括移動(dòng)副24、轉(zhuǎn)動(dòng)副25、轉(zhuǎn)動(dòng)副26和桿件，移動(dòng)副21與移動(dòng)副24軸線平行，并且轉(zhuǎn)動(dòng)副22與轉(zhuǎn)動(dòng)副25同軸，轉(zhuǎn)動(dòng)副23與轉(zhuǎn)動(dòng)副26同軸。

所述的運(yùn)動(dòng)支鏈2a的移動(dòng)副21連接機(jī)架，移動(dòng)副21通過桿件依次連接轉(zhuǎn)動(dòng)副22和轉(zhuǎn)動(dòng)副23，轉(zhuǎn)動(dòng)副23連接平臺(tái)3。

所述的運(yùn)動(dòng)支鏈2b的移動(dòng)副24連接機(jī)架，移動(dòng)副24通過桿件依次連接轉(zhuǎn)動(dòng)副25和轉(zhuǎn)動(dòng)副26，轉(zhuǎn)動(dòng)副26連接平臺(tái)3。

本發(fā)明所述一種解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作原理如下：當(dāng)運(yùn)動(dòng)支鏈2a的移動(dòng)副21沿軸線伸長或縮短時(shí)，驅(qū)動(dòng)平臺(tái)3沿軸線方向上升或下降，而運(yùn)動(dòng)支鏈2b具有與移動(dòng)副21同軸的移動(dòng)副24，可以伴隨動(dòng)平臺(tái)沿移動(dòng)副21軸線的移動(dòng)，因此運(yùn)動(dòng)支鏈2a的移動(dòng)副21驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)沿其軸向方向移動(dòng)。