一种含串联输入支链的四自由度并联机构的制作方法.docx

一种含串联输入支链的四自由度并联机构的制作方法一种含串联输入支链的四自由度并联机构的制作方法本发明提供一种含串联输入支链的四自由度并联机构，它由动平台、静平台和三条支链组成，第一支链由一个虎克铰、一个移动副和一个球面副串联而成，第二支链由一个转动副、一个移动副和一个球面副串联而成，第三支链与第二支链的结构完全相同，三条支链在两平台之间的配置方式是：驱动三条支链中的移动副和第二支链中的转动副，即可控制动平台的两平移两转动输出；该机构具有非期望运动输出为常量，运动输出-输入之间部分控制解耦，运动学正解较为容易，结构简单，刚性好等优点；该机构可作为虚拟机床、机器人的可重构执行机构专利说明】一种含串联输入支链的四自由度并联机构【技术领域】 [0001] 本发明涉及一类机床、机器人的可重构执行机构，具体地说，是一种含串联输入支 链的四自由度并联机构背景技术】 [0002] 并联机构数控机床是指以并联机构为执行机构的机床，该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、日本等国已研制出这种机床的样机（如美国的 Giddings and Lewis公司的Variax型并联机床），所采用的并联机构均为传统的斯图尔特 (Stewart)机构。

这种控制刀具在空间的位置和姿态变化的机构主要由基座、运动平台和连 杆组成，基座和运动平台之间由连杆相连，连杆两端分别为球副和万向节该机构有六个连 杆，连杆的长度可调，通过控制六根连杆的长度，改变刀具在空间的位姿但这类机构的很 多关键性技术还未能完全解决，如：运动正解困难；运动平台位姿是输入的强耦合，不利于 控制；机构复杂，使其工作空间较小发明内容】 [0003] 本发明要解决的问题是提供一种含串联输入支链的四自由度并联机构该机构具 有结构简单、工作空间较大、制造较为容易、安装方便等优点特别是可实现控制解耦且运 动学正解较为简单，显著简化并联机构虚拟机床和机器人系统的控制和与轨迹规划的复杂 性为虚拟机床、可重构装备提供新机型，为其开发与实用化提供可能 [0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种含串联输入支链的四自由 度并联机构，该机构由动平台、固定平台以及连接动平台与固定平台之间的第一支链、第二 支链和第三支链组成，所述第一支链与所述固定平台相联接的运动副是虎克铰，与所述动 平台相联接的运动副是球面副；所述第一支链中间的运动副是移动副；所述第二支链与所 述固定平台相联接的运动副是转动副，与所述动平台相联接的运动副是球面副；所述第二 支链中间的运动副是移动副；所述第三支链与所述第二支链的结构完全相同；所述动平台 的两平移两转动输出依靠驱动三条支链中的移动副和所述第二支链的转动副来控制。

[0005] 所述第二支链与所述第三支链中转动副的轴线相互平行 [0006] 所述固定平台和所述动平台均为正三角形 [0007] 与现有技术相比，本发明并联机构由于固定平台与第二支链之间采用转动副连接 作为了驱动副，使得第二支链成为该并联机构的串联输入支链，因而具有如下特点： [0008] (1)机构动平台具有两平移二转动输出，且只有三条支链； [0009] (2)机构的运动输入-输出具有部分解耦性，即可以实现部分控制解耦； [0010] (3)并联机构的运动学分析可依次对两个基本回路单独求解，解析式较为简单，有 利于实现机器人的实时控制和、离线运动规划； [0011] (4)机构简单、灵活度高、工作空间较大 [0012] 本发明的有益效果是：结构简单、工作空间大、可实现控制解耦且运动学正解容 易、能够显著简化并联机构虚拟机床和机器人系统的控制和与轨迹规划复杂性，为虚拟机 床、可重构并联机构提供了具有上述特点的新机型，有利于新型机床、新型可重构并联装备 的开发和实用化专利附图】【附图说明】 [0013] 下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会 更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义 上的限制，在附图中： [0014] 图1是本发明的结构简图；图1中，Ι、ΙΙ、ΠΙ分别表示第一支链、第二支链和第三 支链 ；Sp S2、S3表示球面副；Ρρ P2、P3表示移动副办表示虎克铰；R2、R3表示转动副；1、2、 3、4、5、6表示杆件；7表示动平台；8表示固定平台。

具体实施方式】 [0015] 为能进一步了解本发明的【发明内容】、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下： [0016] 如图1所示，本发明一种含串联输入支链的四自由度并联机构，它由动平台7、静 平台8和结构不全相同的三条支链I、II、III组成；第一支链I由球面副Si、杆件1、移动副 Pi、杆件2和虎克铰仏依次联接组成；第二支链II由球面副S 2、杆件3、移动副P2、杆件4和 转动副R2依次联接组成；第三支链III由球面副S 3、杆件5、移动副P3、杆件6和转动副R3 依次联接组成；诸支链两端分别固联在动平台7和固定平台8上；所述第二支链II与所述 第三支链III中，转动副R2与转动副R 3的轴线相互平行；所述动平台7和所述固定平台8 均为正三角形 [0017] 本实例的工作过程：安装该机构于并联机床上，当构件尺度参数确定后，控制四个 驱动副（转动副民和三个移动副的输入运动，就可以控制动平台7的位姿，实现 加工轨迹的要求 [0018] 以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例， 不能被认为用于限定本发明的实施范围凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应 仍归属于本专利涵盖范围之内。

权利要求】1. 一种含串联输入支链的四自由度并联机构，包括动平台、固定平台以及连接动平台 与固定平台之间的第一支链、第二支链和第三支链，其特征在于：所述第一支链与所述固定 平台相联接的运动副是虎克铰，与所述动平台相联接的运动副是球面副；所述第一支链中 间的运动副是移动副；所述第二支链与所述固定平台相联接的运动副是转动副，与所述动 平台相联接的运动副是球面副；所述第二支链中间的运动副是移动副；所述第三支链与所 述第二支链的结构完全相同；所述动平台的两平移两转动输出依靠驱动三条支链中的移动 副和所述第二支链中的转动副来控制2. 根据权利要求1所述的含串联输入支链的四自由度并联机构，其特征在于：所述第 二支链与所述第三支链中转动副的轴线相互平行3. 根据权利要求1所述的含串联输入支链的四自由度并联机构，其特征在于：所述固 定平台和所述动平台均为正三角形。