用于虚拟轴数控机床与测量机的六自由度并联机构制造技术

用于虚拟轴数控机床、虚拟轴测量机及并联机器人的六自由度并联机构，由动平台、静平台及连接动、静平台的三条相同的联接腿组成。每条联接腿由一平面闭路结构及一开链结构组成，平面闭路结构由五杆依次通过五个转动副组成，取其一构件为静平台的一部分；开链结构由三个构件分别通过轴线相互平行的二个转动副组成，其一端构件与平面闭路结构的二构件构成复合铰链，另一端构件与动平台用一个转动副机械连接。控制静平台上六个驱动关节的运动，就可控制动平台在空间的一般位置和姿态，实现三维平移及三维转动输出。其动平台可作为并联结构的虚拟轴数控机床、虚拟轴测量机及并联机器人的执行机构。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一类机床、机器人与坐标测量机的执行机构，具体地说是为并联结构的虚拟轴数控机床、虚拟轴并联坐标测量机与并联机器人提供一类(3种)新型的六自由度并联机构。基于上述情况，Tsai提出虚拟轴数控机床用两个并联机构下平台为三维平移并联机构，上平台为三维转动并联机构(US Patent，Tsai，Patent Nember5656905，1997)。其主要特点是运动学正解为8次；位置与方向解耦；与六腿Stewart机构相比，工作空间较大；完全由转动副组成并联机构，与球面副相比容易制造。但Tsai机构仍有以下缺点①运动学正解为8次封闭解，需建立一元8次方程并求解，这使得系统的控制和轨迹规划较复杂。②三维平移机构本身运动输入—输出为强耦合，使系统控制甚为复杂。③机构存在虚约束，使其制造与装配较复杂。④工作空间仍相对较小。并联结构的虚拟轴坐标测量机，也是近年来科学测量仪上的一个重大进展，与传统的属于串联结构的测量机相比，并联结构坐标测量机具有结构刚性大、运动速度高、误差不叠加等独特性，可使测量精度及测量效率等性能得到很大改善。目前，已有的相对成熟的并联坐标测量机结构有6-SPS 6-RSS以及3-RPS等.对于6-SPS和6-RSS机构来说，由于其可动平台相对于基平台具有6个空间自由度，因而其末端执行器的空间位姿比较灵活，但由于该机构的结构相对比较复杂，空间约束较少，致使其末端执行器的求解较困难。由于上述几种结构中均含有较多的球面副，因此其制造及装配均较复杂。综上所述，虚轴数控机床和坐标测量机、机器人的发展和实用化需要创造出优于现有机构的新机型。本专利技术为一类(3种)六自由度并联机构，具有以下特点①机构动平台可实现六自由度(三个平移及三个转动)运动输出。②机构较简单，具有重量轻、刚性好，可高速运动等优点。③运动输入一输出具有部分解耦性，可简化虚拟轴机床与机器人系统的控制问题；也可大大地减少在建立并联虚轴测量机测量模型、测量校正与补偿模型等方面的难度。④除附图2所示并联机构使用三个球副外，其余附附图说明图1、附图3所示并联机构均使用转动副和园柱副，可使机构制造、安装较为简单，利于精密加工，且成本较低。⑤工作空间较大。总之，本专利技术为虚拟轴数控机床、并联坐标测量机与机器人(含步行、爬行机器人、微动机器人、工业机器人)等提供了具有上述特点的新机型，有利于新型虚轴机床、新型并联坐标测量机和新型并联机器人的开发和实用化。附图1为本专利技术的六自由度并联机构的结构示意图；附图2为附图1所示的六自由度并联机构的衍生结构替代示意图；附图3为附图1所示的六自由度并联机构的另一种衍生结构替代示意图；附图1所示的并联机构可为本专利技术的一个实施例，图1(a)是该并联机构的三维立体图，图1(b)是其二维平面展开图。它由上动平台0、下静平台1及连接上下平台的三条结构相同的混合链“联接腿”组成。每条联接腿由一平面闭路结构及一开链结构组成，平面闭路结构(R1-R7-R8-R9-R2)由五杆(1、2、3、4、5)依次通过五个转动副(R1、R7、R8、R9、R2)连接组成，其构件2、5分别与静平台1用转动副(R1、R2)机械联接，因此，静平台有六个联接点(R1、R2、R3、R4、R5、R6)。开链结构(R8-R10-R11-R12)的构件6、7、8分别通过轴线相互平行的二个转动副(R10、R11)组成，而构件6与平面闭路结构的构件3、4在转动副R8处构成复合铰链，构件8与上动平台0用转动副R12机械连接，因此，动平台有三个联接点(R12、R13、R14)。当三条联接腿的连杆结构尺寸参数及其在动、静平台上的分布位置一定时，控制静平台1上六个驱动关节(R1、R2、R3、R4、R5、)的运动，就可控制动平台0在空间的一般位置和姿态，实现三维平移及三维转动输出。该种并联机构的结构设计及驱动控制等均可按常规机电技术进行设计和安装。该并联机构的动平台可作为机器人的执行机构；如在动平台上安装刀具或探头，即可以作为并联结构的虚拟轴数控机床及虚拟轴并联坐标测量机的执行机构。权利要求1.用于虚拟轴数控机床、虚拟轴坐标测量机及并联机器人的六自由度并联机构，由上动平台、下静平台及连接上下平台的三条相同的联接腿组成。其特征在于每条联接腿包含一个由五个构件依次通过五个转动副组成的平面闭路结构及一个由三个构件通过轴线相互平行的二个转动副组成的开链结构；平面闭路结构的一构件与静平台固接；而开链结构的一外接构件与平面闭路结构中作平面运动的二构件构成复合铰链；其另一外接构件与动平台用一转动副机械连接。2.按照权利要求1所述的并联结构，其特征在于每条联接腿的平面闭路结构仍由五个构件依次通过五个转动副组成；而开链结构可由一构件代替，但该构件的一端与平面闭路结构中作平面运动的一构件以转动副机械连接，另一端与动平台用球副机械连接。3.按照权利要求1所述的并联结构，其特征在于每条联接腿的平面闭路结构由六个构件依次通过六个转动副组成，而开链结构由二构件通过转动副连接组成，且开链结构的一构件与平面闭路结构中与机架相对的一构件用轴线平行于上述转动副的一转动副连接，而另一构件与动平台用转动副机械连接。4.按照权利要求1、2、3所述的并联结构，其特征在于静平台上的六个转动副可用六个移动副代替。全文摘要用于虚拟轴数控机床、虚拟轴测量机及并联机器人的六自由度并联机构，由动平台、静平台及连接动、静平台的三条相同的联接腿组成。每条联接腿由一平面闭路结构及一开链结构组成，平面闭路结构由五杆依次通过五个转动副组成，取其一构件为静平台的一部分；开链结构由三个构件分别通过轴线相互平行的二个转动副组成，其一端构件与平面闭路结构的二构件构成复合铰链，另一端构件与动平台用一个转动副机械连接。控制静平台上六个驱动关节的运动，就可控制动平台在空间的一般位置和姿态，实现三维平移及三维转动输出。其动平台可作为并联结构的虚拟轴数控机床、虚拟轴测量机及并联机器人的执行机构。文档编号B23Q41/04GK1473685SQ03113048公开日2004年2月11日 申请日期2003年3月25日 优先权日2003年3月25日专利技术者沈惠平, 杨廷力, 马履中 申请人:江苏工业学院本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于虚拟轴数控机床、虚拟轴坐标测量机及并联机器人的六自由度并联机构，由上动平台、下静平台及连接上下平台的三条相同的联接腿组成。其特征在于每条联接腿包含一个由五个构件依次通过五个转动副组成的平面闭路结构及一个由三个构件通过轴线相互平行的二个转动副组成的开链结构；平面闭路结构的一构件与静平台固接；而开链结构的一外接构件与平面闭路结构中作平面运动的二构件构成复合铰链；其另一外接构件与动平台用一转动副机械连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈惠平，杨廷力，马履中，
申请(专利权)人：江苏工业学院，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]