具有多功能刀具定向的并联运动装备制造技术

一种并联运动装备(PKM)，包括：支撑平台(17a)、第一支撑连杆组(SL1)、第二支撑连杆组(SL2)和第三支撑连杆组(SL3)，其中第一支撑连杆组(SL1)、第二支撑连杆组(SL2)和第三支撑连杆组(SL3)一共包括至少五个支撑连杆(8、9、10、11、12、13)。该PKM还包括：刀具基座(140)，刀具基座(140)包括轴接头(24、40、41、200、202、262a、262b)、刀具基座轴(19)和刀具平台(17b)。刀具基座轴(19)经由轴接头(24、40、41、200、202、262a、262b)连接到支撑平台(17a)，并且其中刀具平台(17b)和刀具基座轴(19)是刚性地连接的。PKM还包括一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)，每个刀具连杆组包括刀具连杆(26、31，29、32，38)，刀具连杆在一端经由刀具基座接头(25、28、37)连接到刀具基座(140)，而在另一端经由刀具托架接头(27、30、39)连接到被布置成沿着路径运动的托架；并且其中每个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)被配置成通过将各自的刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的运动传递到刀具基座轴(19)，使刀具基座轴(19)围绕至少一个轴线相对于支撑平台(17)旋转。于支撑平台(17)旋转。于支撑平台(17)旋转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多功能刀具定向的并联运动装备


[0001]本公开内容涉及并联运动装备(parallel kinematic machine)的
，并且特别涉及具有定向刀具(tool)能力的并联运动装备。
[0002]背景
[0003]人们对灵活的操纵器的需求越来越大，这种操纵器可以按比例被放大，从而以高精度作用于非常大的物体，如航空航天部件和长的交通工具。今天使用的操纵器概念是基于串联运动学的，意指非常重的操纵器，其是整体的且不适合模块化和灵活性。这些操纵器的重量也随着如在例如搅拌摩擦焊接、铣削和钻削等加工过程中对高刀具力和高刚度的要求而增加。目前针对用于这些加工过程的重型串联运动操纵器的解决方案不仅导致高的装备成本和安装成本，而且在速度、加速度和可控性方面造成严重限制。多年来，并联运动学作为针对这些问题的解决方案得到了研究，并且洛桑市的EPFL的Mohamed Buouri在ISR2010上发表的论文“The Linear Delta：Developments and Applications(线性三角：发展与应用)”中总结了一些有前景的概念。然而，到目前为止，还没有线性三角能够成功地满足应用需求。一个原因是，要获得由平台所支承的刀具的大倾斜角，唯一的办法是使用安装在平台上的独立腕部(wrist)。这种腕部会增加很大的重量，特别是在需要大的刀具力的应用中，如在材料去除和搅拌摩擦焊接的应用中。此外，这样的腕部将降低刚度，因为它意味着串联运动与线性三角结构的并联运动串联连接。
[0004]WO 2005/120780描述了具有倾斜平台的五自由度(DOF)线性并联运动操纵器。线性致动器安装在托架和平台之间的六个并联运动连杆中的两个或三个连杆中。通过改变这些连杆的长度，就有可能使支承刀具的平台倾斜。然而，如果刀具倾斜超过+/
‑
25度，操纵器的刚度将大大降低。在许多应用中，例如搅拌摩擦焊接，有必要获得高达45度的倾斜角，因此需要另一个并联运动学概念。
[0005]另一个概念在M Honegger等人的“Adaptive Control of the Hexaglide，a 6 dof Parallel Manipulator”中有所描述，发表在1997年机器人与自动化会议论文集中。该概念使用六个线性致动器，每个致动器托架和平台之间有一个连杆，目标是对平台的六自由度并联运动学控制，走刀主要用于铣削应用。然而，这种解决方案同样具有倾斜角太小的问题，而且具有六个线性导轨是非常昂贵的概念。
[0006]文献CN107081760A描述了基于两个平动并联机构的六自由度(6DOF)机械臂。该臂包括机座、臂主体以及布置在机座上的两个3DOF平移并联机构。臂主体包括近端移动平台和远端移动平台、推杆和尾端致动器。每个移动平台通过具有六个连杆的平动并联机构连接到机座。推杆的一端利用第一旋转接头与近端移动平台可旋转地连接，而推杆的另一端穿透远端移动平台。推杆和远端移动平台通过远端运动副(kinematic pair)连接，远端运动副包括一个线性接头和一个第二旋转接头。近端移动平台和远端移动平台相对于彼此平行移动，并且通过改变第一旋转接头和第二旋转接头之间的距离，推杆将在线性接头中滑动，并获得第六DOF。利用推杆相对于第二旋转接头的滑动运动来控制尾端致动器。以这种方式，描述了可以如何通过连杆装置来打开和关闭夹持器，以及可以如何通过螺杆装置旋
转末端执行器。这种机械臂在刚度方面的主要问题是推杆与远端移动平台连杆的连接方式。这些连杆首先通过旋转接头连接到远端移动平台，然后经由远端移动平台连接到推杆，首先经由旋转接头，然后经由线性接头。串联地连接接头将大大降低刚度，并且线性接头使得远端移动平台无法承受推杆中的轴向力。因此，虽然所描述的双PKM解决方案对某些操作应用(例如，如果希望所有的马达都在机座上)是有用的，但CN107081760A的设计对诸如机加工或搅拌摩擦焊接等加工应用(尽管末端执行器上施加了很大的力，但仍需要精度)是没有用的。此外，根据CN107081760A的机械臂的工作空间相对于机械臂结构的体积来说非常小，并且机械臂将非常昂贵，因为机械臂具有在机座处的6个线性致动器、12个连杆、26个旋转接头和1个线性接头。在本公开内容的上下文中寻求替代方案的另一个原因是，CN107081760A中的机械臂不能利用较少的部件工作，即使例如只需要5个自由度，这由于旋转对称走刀是加工应用中最常见的情况。
[0007]概述
[0008]因此，本公开内容的目的是减轻现有技术的至少一些劣势。本公开内容的另一个目的是提供并联运动装备(PKM)，其对于大的工作范围具有高刚度。另一个目的是提供具有高刀具可及性的PKM。进一步的目的是提供还具有低重量的PKM。
[0009]这些目的以及其他目的至少部分地通过根据独立权利要求所述的并联运动装备以及根据从属权利要求的实施例达成。
[0010]根据第一方面，本公开内容涉及并联运动装备(PKM)，其包括支撑平台、第一支撑连杆组、第二支撑连杆组和第三支撑连杆组。第一支撑连杆组包括一个或更多个支撑连杆，每个支撑连杆在一端经由第一支撑接头(或关节，joint)连接到支撑平台，并且在另一端经由第一托架接头连接到第一托架。第一托架沿着第一路径是可移动的，并且第一支撑连杆组布置成将第一运动传递到支撑平台。第二支撑连杆组包括一个或更多个支撑连杆，每个支撑连杆在一端经由第二支撑接头连接到支撑平台，并且在另一端经由第二托架接头连接到第二托架。第二托架沿着第二路径是可移动的，并且第二支撑连杆组布置成将第二运动传递到支撑平台。第三支撑连杆组包括一个或更多个支撑连杆，每个支撑连杆在一端经由第三支撑接头连接到支撑平台，并且在另一端经由第三托架接头连接到第三托架。第三托架沿着第三路径是可移动的，并且第三支撑连杆组布置成将第三运动传递到支撑平台。第一支撑连杆组、第二支撑连杆组和第三支撑连杆组一共包括至少五个支撑连杆。PKM还包括刀具基座，刀具基座包括轴接头、刀具基座轴和刀具平台，其中刀具基座轴经由轴接头连接到支撑平台，并且其中刀具平台和刀具基座轴是刚性地连接的。PKM包括一个或更多个刀具连杆组，每个刀具连杆组包括刀具连杆，刀具连杆在一端经由刀具基座接头连接到刀具基座，并且在另一端经由刀具托架接头连接到托架，托架被布置成沿着路径运动。每个刀具连杆组被配置成通过将各自的刀具连杆组的运动传递到刀具基座轴，而使刀具基座轴围绕至少一个轴线相对于支撑平台旋转。
[0011]PKM提供高刀具可及性同时也提供了高刚度，通过将轴接头安装在支撑平台上，并连接一个或更多个刀具连杆组(其可以使连接到轴接头的刀具基座轴移动)，使得连接到刀具平台的刀具相对于支撑平台定向。因此，实现了大的并联运动刀具的倾斜。此外，刀具上的力和扭矩将有利地转化和分配成刀具连杆组和支撑连杆中的力，这样PKM将获得高刚度。例如，垂直于刀具的力将有效地被刀具连杆组捕获，从而减小支撑平台上的扭矩，由此减小
支撑连杆中的力。刀具方向上的力将由支撑平台承担本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种并联运动装备，PKM，包括：支撑平台(17a)，第一支撑连杆组(SL1)，其包括一个或更多个支撑连杆(8、9)，每个支撑连杆在一端经由第一支撑接头(8a、9a)连接到所述支撑平台(17a)，并且在另一端经由第一托架接头(8b、9b)连接到第一托架(4)，其中所述第一托架(4)沿着第一路径(1)是可移动的，并且所述第一支撑连杆组(SL1)被布置成将第一运动传递到所述支撑平台(17a)；第二支撑连杆组(SL2)，其包括一个或更多个支撑连杆(10、11，10)，每个支撑连杆在一端经由第二支撑接头(10a、11a)连接到所述支撑平台(17a)，并且在另一端经由第二托架接头(10b、11b)连接到第二托架(5)，其中所述第二托架(5)沿着第二路径(2)是可移动的，并且所述第二支撑连杆组(SL2)被布置成将第二运动传递到所述支撑平台(17a)；第三支撑连杆组(SL3)，其包括一个或更多个支撑连杆(12、13，11、12、13)，每个支撑连杆在一端经由第三支撑接头(11a、12a、13a)连接到所述支撑平台(17a)，并且在另一端经由第三托架接头(11b、12b、13b)连接到第三托架(6)；其中所述第三托架(5)沿着第三路径(3)是可移动的，并且所述第三支撑连杆组(SL3)被布置成将第三运动传递到所述支撑平台(17a)；并且其中所述第一支撑连杆组(SL1)、所述第二支撑连杆组(SL2)和所述第三支撑连杆组(SL3)一共包括至少五个支撑连杆(8、9、10、11、12、13)；其特征在于，所述PKM还包括：刀具基座(140)，其包括轴接头(24、40、41、200、202、262a、262b)、刀具基座轴(19)和刀具平台(17b)，其中所述刀具基座轴(19)经由所述轴接头(24、40、41、200、202、262a、262b)连接到所述支撑平台(17a)，并且其中所述刀具平台(17b)和所述刀具基座轴(19)是刚性地连接的；和一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)，每个刀具连杆组包括刀具连杆(26、31，29、32，38)，所述刀具连杆在一端经由刀具基座接头(25、28、37)连接到所述刀具基座(140)，并且在另一端经由刀具托架接头(27、30、39)连接到被布置成沿着路径运动的托架；并且其中每个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)被配置成通过将各自的刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的运动传递到所述刀具基座轴(19)，使所述刀具基座轴(19)围绕至少一个轴线相对于所述支撑平台(17a)旋转。2.根据权利要求1所述的并联运动装备，其中所述刀具平台(17b)和所述刀具基座轴(19)是刚性地连接的，使得所述刀具平台(17b)跟随所述刀具基座轴(19)的每一次运动。3.根据权利要求1或2所述的并联运动装备，其中所述刀具平台(17b)被布置成用于将末端执行器附接到所述刀具平台(17b)上。4.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)中的至少一个被配置为具有可控的可变长度。5.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)包括第一刀具连杆组(TL1)，所述第一刀具连杆组(TL1)包括第一刀具连杆(26、31，29、32，38)，所述第一刀具连杆(26、31，29、32，38)经由第一刀具托架接头(27)连接到所述第一托架(4)、所述第二托架(5)和所述第三托架(6)中的一个，或者连接到与所述第一托架(4)、所述第二托架(5)和所述第三托架(6)不同的第四托架(33)，其中所述第一刀
具连杆组(TL1)被配置成通过将所述第一刀具连杆组(TL1)的运动传递到所述刀具基座轴(19)，使所述刀具基座轴(19)围绕第一轴线相对于所述支撑平台(17)旋转。6.根据权利要求5所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)包括第二刀具连杆组(TL2)，所述第二刀具连杆组(TL2)包括第二刀具连杆(29、32)，所述第二刀具连杆(29、32)经由第二刀具托架接头(30)连接到被布置成用于沿着与所述第一刀具连杆组(TL1)的路径不同的路径运动的托架；其中所述第二刀具连杆组(TL2)被配置成通过将所述第二刀具连杆组(TL2)的运动额外地传递到所述刀具基座轴(19)，使所述刀具基座轴(19)围绕第二轴线相对于所述支撑平台(17)旋转，所述第二轴线与所述第一轴线是不平行的。7.根据权利要求6所述的并联运动装备，其中所述第二刀具连杆组(TL2)经由所述第二刀具托架接头(30)连接到所述第一托架(4)、所述第二托架(5)和所述第三托架(6)中的一个，或者连接到不同于所述第一托架(4)、所述第二托架(5)、所述第三托架(6)和所述第四托架(33)的第五托架(34)。8.根据权利要求6或7所述的并联运动装备，其中所述第一刀具连杆组(TL1)经由第一刀具托架接头(27)连接到所述第一托架(4)，或连接到所述第四托架(33)，所述第四托架(33)沿着所述第一路径(1)是可移动的，并且其中所述第二刀具连杆组(TL2)经由所述第二刀具托架接头(30)连接到所述第三托架(6)，或连接到沿着所述第三路径(3)是可移动的第五托架(34)，并且其中所述第二路径(2)被布置在所述第一路径(1)和所述第三路径(3)之间。9.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中每个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)包括仅一个刀具连杆(26、31，29、32，38)，并且其中每个刀具连杆(26、31，29、32，38)安装在不同的托架(4、5、6、33、34、120)上。10.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述一个或更多个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)安装到所述刀具基座(140)，且与所述刀具基座轴(19)相关联，从而相对于所述刀具平台(17b)的定向获得对称工作范围。11.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中每个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的所述刀具基座接头(25、28、37)刚性地连接到所述刀具基座(140)的轴(19、209、209a、209b)。12.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中每个刀具连杆组(TL1、TL2、TL3)的所述刀具基座接头(25、28、37)直接刚性地连接到所述刀具基座轴(19)或经由所述刀具平台(17b)刚性地连接到所述刀具基座轴(19)。13.根据权利要求12所述的并联运动装备，其中当操纵所述刀具基座轴(19)的定向时，每个刀具基座接头(25、28、37)与所述轴接头(24、40、41)之间的距离是恒定的。14.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述刀具连杆(26、31，29、32，38)中的每一个经由旋转轴承(25、28、37、48、47、62、66、212、215、231、235、263a、263b、267、269、278、280、275、273)连接到所述刀具基座轴(19)。15.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述第一支撑连杆组(SL1)、所述第二支撑连杆组(SL2)和所述第三支撑连杆组(SL3)中的一者或更多者包括两个平行的支撑连杆。
16.根据权利要求15所述的并联运动装备，其中所述两个平行的支撑连杆具有相同的长度。17.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述并联运动装备被配置成以四个、五个或六个DOF移动所述刀具基座轴(19)。18.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述刀具基座(140)包括被配置为操作刀具的致动器(20)，其中所述致动器(20)附接到所述刀具平台(17b)。19.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述轴接头(24)具有两个自由度DOF。20.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述第一支撑连杆组(SL1)、所述第二支撑连杆组(SL2)和所述第三支撑连杆组(SL3)被配置成约束所述支撑平台(17a)在至少五个自由度DOF上的运动。21.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动操纵器，其中所述第一支撑连杆组(SL1)、所述第二支撑连杆组(SL2)和所述第三支撑连杆组(SL3)被配置成使所述支撑平台(17a)以至少三个自由度DOF移动。22.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动操纵器，其中所述轴接头(24)包括万向接头。23.根据前述权利要求中任一项所述的并联运动装备，其中所述刀具基座(140)包括连接所述刀具基座轴(19)和所述支撑平台(17a)的轴接头传动组件(170)，其中所述轴接头传动组件(170)被布置成增加所述刀具基座轴(19)的定向范围。24.根据权利要求23所述的并联运动装备，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔尼，
申请(专利权)人：康格尼博提克斯股份公司，
类型：发明
国别省市：