[發明專利]具有兩條垂直交錯轉軸的三自由度并聯機構

有效

• 申請號: 201110357878.7
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102366896A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 李秦川;陳巧紅;余旭鋒;馬吉剛;武傳宇
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B23Q1/54
• 分類號: B23Q1/54
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 王洪新

技術領域

本發明涉及一種具有兩條垂直交錯轉軸三自由度并聯機構，尤其是三自由度并聯運動機床。

背景技術

并聯機器人或并聯機床是以并聯機構為執行機構的裝置。目前在國際上研發出來的并聯機器人或并聯機床大都基于傳統的6?自由度Stewart機構（例如CN00102901.0、CN03113115.8、CN200410041753.3、CN200310106458.7）；這種機構由定平臺、動平臺和連接它們的長度可調的連桿組成，連桿兩端分別為球副和萬向節,?通過控制連桿的長度來改變動平臺的位姿。但這類機構存在以下問題：（1）運動學復雜，強耦合，不利于控制；（2）機構復雜，工作空間較小；（3）高精度球副制造困難。

具有兩個轉動自由度和一個移動自由度（簡稱2轉1移）的3自由度并聯機構（如US6431802、WO0025976、ZL200610013608.3、EP1123175、CA2349579、DE59905578D、ES2198991T、ZL200710057179.4）是少自由度并聯機構中非常重要的一類，也可被應用為并聯機器人或并聯機床，如基于3-PRS并聯機構的Z3(WO2000025976)主軸頭，基于2-SPR/UPR并聯機構的Exechon混聯機床(WO2006054935)。但是3-PRS并聯機構的兩個轉動自由度的軸線（簡稱轉軸）隨動平臺的位姿變化，使得標定和控制具有很大困難；而2-SPR/UPR并聯機構中配有球鉸，在制造精度和轉動范圍上存在較大問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述背景技術存在的不足，提供一種具有兩條固定轉軸，且不含球鉸鏈的兩轉一移三自由度并聯機構，該機構應具有運動學模型簡單、易于標定控制、結構簡單、剛度好以及制造成本低等優點。?

本發明采用的技術方案是：

具有兩條垂直交錯轉軸的三自由度并聯機構，包括動平臺、機架以及并聯連接在動平臺與機架之間三個獨立可伸縮調整的分支；其特征在于：

自機架至動平臺之間的第一分支中依次串接有萬向鉸、移動副、連桿和轉動副；?

自機架至動平臺之間的第二分支中依次串接有萬向鉸、移動副、連桿和轉動副；?

自機架至動平臺之間的第三分支中依次串接有轉動副、移動副、連桿和萬向鉸；?

第一分支中的萬向鉸與第二分支中的萬向鉸，以第三分支中的轉動副為基準對稱布置；第一分支中的萬向鉸的外部轉軸軸線與第二分支中的萬向鉸的外部轉軸軸線共線且平行于第三分支中的轉動副軸線；第一分支中的萬向鉸的內部轉軸軸線、轉動副軸線與第二分支中的萬向鉸的內部轉軸軸線、轉動副軸線相互平行且垂直于第一分支中的萬向鉸的外部轉軸軸線、第二分支中的萬向鉸的外部轉軸軸線；?

第三分支中，萬向鉸第一根轉軸軸線平行于轉動副軸線；萬向鉸第二根轉軸軸線平行于第一分支中的轉動副軸線和第二分支中的轉動副軸線。

所述第一分支、第二分支以及第三分支中的移動副均是主動移動副；主動移動副的驅動機構是電機帶動的絲杠機構或者伺服電機。

所述第一分支中的萬向鉸的外部轉軸軸線、第二分支中的萬向鉸的外部轉軸軸線以及第三分支中的轉動副軸線均平行于機架所在的平面。

具有兩條垂直交錯轉軸的三自由度并聯機構，包括動平臺、機架以及并聯連接在動平臺與機架之間四個獨立可伸縮調整的分支；其特征在于：

自機架至動平臺之間的第一分支中依次串接有萬向鉸、移動副、連桿和轉動副；

自機架至動平臺之間的第二分支中依次串接有萬向鉸、移動副、連桿和轉動副；?

自機架至動平臺之間的第三分支中依次串接有轉動副、移動副、連桿和萬向鉸；?

自機架至動平臺之間的第四分支中依次串接有轉動副、移動副、連桿和萬向鉸；

所述第一分支中的萬向鉸的外部轉軸軸線與第二分支中的萬向鉸的外部轉軸軸線共線，且平行于第三分支中的轉動副軸線以及第四分支中的轉動副軸線，又作為第三分支中的轉動副軸線以及第四分支中的轉動副軸線的對稱中心線；第一分支中的萬向鉸的內部轉軸軸線、轉動副軸線與第二分支中的萬向鉸的內部轉軸軸線、轉動副軸線相互平行且垂直于第一分支中的萬向鉸的外部轉軸軸線、第二分支中的萬向鉸的外部轉軸軸線；?

第三分支中，萬向鉸的第一根轉軸軸線平行于轉動副軸線；萬向鉸的第二根轉軸軸線平行于第一分支中的轉動副軸線和第二分支中的轉動副軸線；