[发明专利]一种专用六自由度并联机构

说明书

技术领域

 本发明涉及机床、机器人、坐标测量机与多自由度运动平台的执行机构，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种专用六自由度并联机构。

背景技术

并联结构数控机床被认为是二十世纪以来机床结构的一次革命，目前在美国、日本、中国等国已研制出这种机床的样机，所采用的并联机构大多为传统的Stewart机构或其改进型机构，它们主要由基座、运动平台和连杆组成，连杆两端分别为球副和万向节，通过控制6个连杆的长度，改变刀具在空间的位置。

    Stewart机构及其改进型机构具有以下缺点：①运动学正解求解困难；②运动平台的位置与方向为强耦合；⑧运动空问较小；④制造高精度球副困难。基于上述情况，Tsai提出虚拟轴数控机床用两个并联机构：下平台为三维平移井联机构，上平台为三维转动并联机构(US Ppatent,Tsar,PatentNember：5656905，1997)。其主要特点是运动学正解为8次；位置与方向解耦；与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。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，由于其可动甲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，空间约柬较少，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。

发明内容

本发明目的是要克服现有技术的缺点，提供一种专用六自由度并联机构，其特点是：

    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运动输入—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。

    ③所有驱动马达均在静平台上，可减少机构的运动负载，改善动力学性能。

    总之，本发明为虚拟轴数控机床、并联坐标测量机与机器人、娱乐运动平苦等提供了具有上述特点的新机型，有利于其开发及实用化。

附图说明

    下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。

    附图1为本发明的一种专用六自由度并联机构的结构示意图，它由上动平台O、下静平台1及连接上下平台的二条结构相同的混合链与二条结构相同的简单开链组成。混合链为一空间闭路结构，由两条分别包含二个构件2、3或4、5的球副一球副一转动副型支链S₈-S₉-S₁₃或S₈-S₁₀-S₁₂组成，两条支链的二外接球副S₈共球心活动联接后，又与动平台0构成复合球副S₁机械连接，而其外接转动副R_l3、R₁₂分别与静平台1机械连接。而简单开链由二构件6、7通过球副S₂连接组成，而构件6与动平台O用球副S₁机械连接，构件7与静平台l用转动副R₁₁机械联接。因此，动平台O上有二个联接球面副S₁、S₃及二个复合球面副S₈、S₅，静平台1上有六个联接转动副R₁₃、R₁₆、R₁₅、R₁₄、R₁₁、R₁₂。

具体实施方式