[發明專利]一種具有高靈活特性的三自由度空間并聯機構

有效

• 申請號: 201210135821.7
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102626871A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 謝福貴;劉辛軍;蘇錚;王立平;汪勁松
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23Q1/48
• 分類號: B23Q1/48
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于數控機床技術領域，特別涉及一種具有高靈活特性的三自由度空間并聯機構。

背景技術

傳統機構多采用單個開鏈結構形式實現終端的多個自由度，一般將其稱為串聯機構，與其對應的并聯機構則是由多個支鏈構成的閉環機構，其自由度數最多為六，而自由度數少于六的并聯機構被稱為少自由度并聯機構，三自由度并聯機構則是其中最重要的一類。近年來，少自由度并聯機構中的三自由度并聯機構越來越受到研究者的重視和青睞，尤其是具有一維移動和兩維轉動的空間并聯機構，這類機構具有靈活的轉動能力，非常適用于飛機大型薄壁結構件以及具有典型空間復雜自由曲面零部件的加工，該類三自由度并聯機構已經在工業中得到了成功應用，如德國DS?Technologie公司采用3-PRS三自由度并聯機構研制了SprintZ3并聯主軸頭以及西班牙Fatronick公司研制的Hermes主軸頭。SprintZ3和Hermes主軸頭分別作為ECOSPEED系列數控加工中心以及Space-5H加工中心的一個并聯模塊，具有一維移動和兩維轉動自由度，采用并聯結構形式實現了傳統的A/B關節擺頭（繞機床的X軸回轉的坐標軸為A軸，繞機床的Y軸回轉的坐標軸為B軸，一般把能夠繞X軸和Y軸轉動的主軸頭稱為A/B關節擺頭）的功能，該類機構具有較靈活的轉動能力。但是，上述兩類機構的轉動軸線不明確且均具有復雜的伴隨運動（伴隨運動是發生在約束自由度方向上的強迫運動，是在機構運動時伴隨產生的不希望的運動，但對機構運動自由度的實現卻又是必要的），增加了運動學分析的難度，而伴隨運動會直接導致機構操作精度和質量的下降，在機床應用領域則會增加相應設備的制造、控制以及標定的難度，進而影響到加了工精度。

發明內容

本發明的目的是為了滿足典型空間復雜自由曲面零部件對現代加工設備的高靈活度需求，提出一種具有高靈活特性的三自由度空間并聯機構,可克服或減少現有加工設備中轉動軸線不明確以及伴隨運動復雜等對機構操作精度和質量的影響，具有轉動能力高、轉動軸線明確且伴隨運動相對簡單的特點。

本發明提出的一種具有高靈活特性的三自由度空間并聯機構，包括一個安裝執行器的動平臺和定平臺，連接所述動平臺和定平臺之間的具有相同結構的第一、第二支鏈，以及連接所述動平臺和定平臺之間的與第一、第二支鏈結構不同的第三支鏈，該第一、第二、第三支鏈均含有一個主動驅動的運動副；其特征在于：所述第一、第二和第三支鏈分別與定平臺以及動平臺連接形成一個空間并聯閉環機構，該空間并聯閉環機構通過三個輸入運動驅動動平臺運動，實現一個移動自由度和兩個轉動自由度；所述第一、第二支鏈不在同一平面內且關于所述第三支鏈初始位置所在平面對稱，所述第一支鏈所在平面與所述第二支鏈所在平面之間的夾角可以是0到180度之間的任意角度，但不能是0度或180度。

本發明的特點及技術效果

本發明基于已有自由度形式，提出伴隨運動簡單且轉動軸線明確的空間三自由度并聯機構。

本發明的三自由度空間并聯機構通過三個主動驅動的運動副驅動動平臺運動，實現一個移動自由度和兩個轉動自由度，該機構具有較高的靈活性，實現了A/B關節擺頭功能的同時具有較高的轉動能力；該機構的移動自由度方向為主動驅動的輸入方向，一個轉動自由度的旋轉軸線在第一、第二支鏈與動平臺相連接的鉸鏈中心的連線上，另一個轉動自由度的旋轉軸線與第三支鏈初始位置所在平面平行，為所述第三支鏈與動平臺相連接的轉動副的旋轉軸線；兩條旋轉軸線位置明確，且該機構沒有繞動平臺法向量的旋轉伴隨運動，伴隨運動相對簡單，進而從原理構型上保證了機構的操作精度和質量，降低了在機床領域應用時相應設備的制造、控制以及標定的難度，有利于精度的進一步提高。

該空間并聯機構具有以下優點：

（1）具有高靈活特性；（2）轉動軸線明確且伴隨運動相對簡單，更容易保證機構操作精度和質量；（3）配合其它裝置可實現對復雜空間自由曲面類零部件的多軸聯動數控加工。

附圖說明

圖1為本發明實施例的結構示意圖。

具體實施方式

本發明的一種具有高靈活特性的三自由度空間并聯機構結合附圖及實施例詳細說明如下：