[發明專利]一種驅動平行布置的兩轉動一移動三自由度并聯機構

在審

• 申請號: 201810597943.5
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108656087A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 徐靈敏;李秦川;葉偉;陳巧紅;柴馨雪
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J11/00;B24B19/00;B24B27/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 王洪新;王之懷

本發明涉及工業機器人領域。目的是提供一種驅動平行布置的兩轉動一移動三自由度并聯機構，該并聯機構具有占地空間小、無球鉸、精度與剛度高、操作速度快、動態性能好、承載能力大的優點。技術方案是：一種驅動平行布置的兩轉動一移動三自由度并聯機構，其特征在于：該并聯機構包括機架、動平臺以及并聯連接在機架與動平臺之間的兩個第一分支和一個第二分支；所述第一分支包括依次連接在機架與動平臺之間的第一移動副、第一轉動副、第一連桿以及第一虎克鉸；所述第二分支包括依次連接在機架與動平臺之間的第二移動副、第二虎克鉸、第二連桿以及動平臺轉動副。

技術領域

本發明涉及工業機器人領域，具體是一種驅動平行布置的兩轉動一移動三自由度并聯機構。

背景技術

傳統的數控機床會在末端安裝一個可實現連續轉動的主軸頭，用以實現曲面零件的打磨加工等操作。盡管實現了加工目的，但是這些主軸頭會帶來一系列問題，例如機構整體占地空間大、運動質量大、控制要求高、裝配難度高、制造/維護成本高等。

并聯機構通過兩條及以上的分支將定平臺和動平臺連接起來，該特殊的多閉環結構在提高機構整體剛度和精度的同時，也顯著地增大了機構的承受載荷能力。此外，并聯機構中存在許多不需安裝驅動的被動關節，這一特點提高了機構的操作運行速度和動力學性能。基于上述優點，并聯機構得到了廣泛的關注與研究，已被作為許多高端加工裝備的中心骨架，而其中具有兩轉動一移動三自由度的并聯機構更是受到了重視，其可應用于攪拌摩擦焊、大型薄壁件零件打磨加工裝配、五軸聯動加工等工業領域。現有的Z3擺角頭(US6431802B1)通過驅動三個相同的分支實現機構的兩個轉動和一個移動。該機構的三個導軌平行布置，減少了占地空間；同時分支均由固定電機驅動，結構簡單，無額外驅動裝置，這提高了動態響應速度，且容易控制。但Z3擺角頭分支中含有球鉸，這就導致關節高精度制造的難度增加，同時還限制了機構的轉動范圍。因此，提出一種由固定電機驅動、占地空間小、操作速度快、動態性能好且無球鉸的兩轉動一移動三自由度并聯機構很有必要。

發明內容

本發明的目的是克服上述背景技術中的不足，提供一種驅動平行布置的兩轉動一移動三自由度并聯機構，該并聯機構具有占地空間小、無球鉸、精度與剛度高、操作速度快、動態性能好、承載能力大的優點。

本發明提供的技術方案是：

一種驅動平行布置的兩轉動一移動三自由度并聯機構，其特征在于：該并聯機構包括機架、動平臺以及并聯連接在機架與動平臺之間的兩個第一分支和一個第二分支；

所述第一分支包括依次連接在機架與動平臺之間的第一移動副、第一轉動副、第一連桿以及第一虎克鉸；第一分支中：第一虎克鉸第一轉動副與動平臺相連，與第一連桿相連的第一虎克鉸第二轉動副軸線與第一轉動副軸線平行且垂直于第一移動副移動軸線；

所述第二分支包括依次連接在機架與動平臺之間的第二移動副、第二虎克鉸、第二連桿以及動平臺轉動副；第二分支中：第二虎克鉸第一轉動副軸線始終垂直于第二移動副軸線，與第二連桿相連的第二虎克鉸第二轉動副的軸線與動平臺轉動副軸線平行。

所述兩個第一分支對稱于第二分支布置；兩個第一分支中：兩個第一轉動副軸線之間的距離小于兩個移動副導軌軸線之間的距離；兩個第一虎克鉸第一轉動副軸線重合，且平行于第二分支中的動平臺轉動副軸線；第一虎克鉸第二轉動副軸線平行于第二分支中的第二虎克鉸第一轉動副軸線。

所述第二分支中的第二虎克鉸第二轉動副軸線垂直于第一分支中的第一虎克鉸第二轉動軸線。

所述第一移動副包括與機架連接的第一移動副導軌以及與第一轉動副連接且與第一移動副導軌滑動配合的第一移動副滑塊；所述第二移動副包括與機架連接的第二移動副導軌以及與第二轉動副連接且與第二移動副導軌滑動配合的第二移動副滑塊。

所述第一移動副導軌與第二移動副導軌均垂直于水平面布置；第一移動副與第二移動副為驅動副；第一移動副與第二移動副的驅動機構均為電機帶動的滾珠絲杠機構。