[發明專利]一種用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動自由度并聯機構

有效

• 申請號: 201910168473.5
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109848969B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 張帆;吳凱宇;崔國華;張丹;孫晶;鄭民華;潘睿俊
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發明涉及一種用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動自由度并聯機構，包括靜平臺、動平臺以及連接在靜平臺與動平臺之間的第一運動支鏈，第二運動支鏈和第三運動支鏈，各運動支鏈均由轉動副及連接轉動副的連桿組成，各轉動副的軸線匯交于同一點。與現有技術相比，本發明中第一運動支鏈和第二運動支鏈合成一個運動參與控制動平臺，第三運動支鏈單獨參與控制動平臺，使得本發明具有部分解耦的三個轉動自由度，動平臺自由度依賴兩條運動鏈控制，相較于三條運動鏈參與控制動平臺的結構，具有更好的解耦度，也更便于控制，能實現更好的運動精度。

技術領域

本發明涉及機床和工業機器人應用技術領域，尤其是涉及一種用于并聯結構虛軸數控機床和并聯機器人的用于虛軸機床和機器人的三轉動自由度并聯機構。

背景技術

并聯機構廣泛應用于重載模擬設備、機器人、數控機床、傳感器及微操作領域。然而，并聯機構各驅動單元之間是耦合的，即并聯機構整體輸出平臺(動平臺)沿任一方向的運動都是所有驅動單元的運動合成，并且各驅動單元的運動與并聯機構整體運動(即輸入與輸出)之間是非線性的。這一特性導致并聯機構控制復雜，標定困難，且制約了精度的提高。因此，如何實現并聯機構解耦，以簡化控制和標定，提高運動精度，一直是一個困難而富有挑戰性的課題。

運動解耦并聯機器人是指輸出運動的任一自由度都僅依賴單個驅動單元，其他驅動單元的動作不對此自由度產生影響。具有完全解耦的并聯機構運動關系簡單、標定簡便、控制精度高、剛度大，在虛軸機床和機器人領域應用前景廣闊。

中國專利文獻CN101036986A報道了由動平臺、靜平臺及連接它們的四條閉環運動支鏈組成的兩轉動一移動并聯機構，每條閉環支鏈含有一組對稱結構的六桿球形機構，動平臺和靜平臺與每條支鏈用轉動副連接。文獻[Xianwen Kong,Clement M.Gosselin Typesynthesis of input-output decoupled parallel manipulators,Transactions of theCSME,Vol.28,Special Edition,2004]中報道了具有兩移動一轉動自由度的并聯機構，由動平臺、靜平臺和串并聯混搭的運動支鏈組成。文獻[李惠良，金瓊，楊廷力，一類一平移兩轉動解耦并聯機構及其位移分析，機械制造與研究，Feb 2002,(1):9-12,14]提出一種具有三角化解耦特性的兩轉動一移動并聯機構，但輸出自由度不完全由單個驅動器控制，仍屬于部分解耦并聯機構。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動自由度并聯機構，以減小現有技術中結構復雜、控制不便、運動精度低的缺陷。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于虛軸機床和機器人的解耦三轉動自由度并聯機構，包括靜平臺、動平臺以及連接在靜平臺與動平臺之間的第一運動支鏈，第二運動支鏈和第三運動支鏈，所述的第一運動支鏈包括經第一連桿、第二連桿順序相連的第一轉動副、第二轉動副、第三轉動副，

所述的第二運動支鏈包括經第三連桿、第四連桿、第五連桿順序相連的第四轉動副、第五轉動副、第六轉動副，

所述的第三運動支鏈包括經第六連桿、第七連桿順序相連的第七轉動副、第八轉動副、第九轉動副，

為保證所有鉸鏈能正常運動，上述所有轉動副的軸線匯交于同一點，從而實現所有部件的運動軌跡均為同心球面。

連接所述第六轉動副的所述第五連桿的輸出端固定在連接所述第二轉動副及所述第三轉動副的所述第二連桿上。