[實用新型]具有兩條垂直相交轉軸的三自由度并聯機構

有效

• 申請號: 201220166667.5
• 申請日: 2012-04-18
• 公開（公告）號: CN202539952U
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 李秦川;余旭鋒;陳巧紅;武傳宇;崔東蘇
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B23Q1/25
• 分類號: B23Q1/25;B25J9/08
• 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

本實用新型涉及一種機床和工業機器人的執行機構，尤其是具有兩條垂直相交轉軸的三自由度的并聯數控機床和并聯結構的機器人的執行機構。?

背景技術

并聯機床具有剛度大、精度高、承載能力強、自重負荷小等串聯機構不具有的優點，其被譽為二十一世紀以來機床結構的一次革命。目前國際上研發出的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，連桿兩端分別為球鉸和萬向節，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）結構設計復雜，使其運動學正解困難；（2）機構復雜導致工作空間較??；（3）運動平臺位姿強耦合致使軌跡規劃和精度控制困難；（4）高精度球副制造困難。

少自由度并聯機構具有結構簡單、工作空間較大、設計和控制容易等優點，已成為只需要大于3小于6自由度工作場合的重要新型機械設備。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，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)。

為了便于并聯機構的姿態控制和標定，一般希望兩個轉動自由度的軸線（簡稱轉軸）垂直相交，如五軸加工中心的A/B軸，或A/C軸；同時，從機構設計和制造的角度出發，希望機構中的運動副盡量為單自由度的轉動副或移動副。在現有并聯機構中，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并聯機構雖然具有兩條垂直相交轉軸，但其結構中含有球鉸，在制造精度、轉動范圍上和設計裝配上存在較大問題。?

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是克服上述背景技術的不足，提供一種具有至少三個獨立可伸縮調整分支且不含球鉸的兩轉一移三自由度并聯機構，該機構具有兩條垂直相交的轉軸，且具有結構簡單、便于制造安裝、運動學模型簡單，易于標定控制等優點。

本實用新型采用的技術方案是：

具有兩條垂直相交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的三個獨立可伸縮的調整分支；這三個調整分支分別是：?

由依序連接在機架至動平臺之間的萬向鉸、移動副、連桿和轉動副組成的第一分支；

由依序連接在機架至動平臺之間的萬向鉸、移動副、連桿和轉動副組成的第二分支；

由依序連接在機架至動平臺之間的第一轉動副、第一連桿、萬向鉸、移動副、第二連桿和第二轉動副組成的第三分支；?

其特征在于：

第一分支中的萬向鉸外部旋轉軸軸線與第二分支中的萬向鉸外部旋轉軸軸線共線；第一分支中的萬向鉸的內部旋轉軸軸線以及轉動副軸線，與第二分支中的萬向鉸內部旋轉軸軸線以及轉動副軸線相互平行，且垂直于第一分支中的萬向鉸外部旋轉軸軸線以及第二分支中的萬向鉸外部旋轉軸軸線；第三分支中：萬向鉸內部旋轉軸軸線垂直且相交于萬向鉸的外部旋轉軸軸線，并與第二轉動副軸線平行；第一轉動副軸線垂直且相交于萬向鉸的外部旋轉軸軸線，其交點位于第一分支中的萬向鉸的外部旋轉軸與第二分支中的萬向鉸的外部旋轉軸的共線軸線上；

第三分支中的第一轉動副軸線、第一分支中的萬向鉸外部旋轉軸軸線以及第二分支中的萬向鉸外部旋轉軸軸線共線；或者，

第三分支中的第一轉動副軸線垂直于第一分支中的萬向鉸的外部旋轉軸與第二分支中的萬向鉸的外部旋轉軸的共線軸線。?

第一分支中的萬向鉸外部旋轉軸軸線、第二分支中的萬向鉸外部旋轉軸軸線以及第三分支中的萬向鉸外部旋轉軸軸線位于同一平面。

所述第一分支、第二分支、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是伺服電機。

具有兩條垂直相交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的四個獨立可伸縮的調整分支，這四個調整分支分別為第一分支、第二分支以及與第一分支、第二分支對稱分布的第三分支、第四分支；