CN101612732B - 一种平面型数控并联运动操作装备 - Google Patents
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Abstract
一种平面型数控并联运动操作装备，包括二个固定导轨、二个滑块、可调长主连杆、可调长辅连杆、末端操作器、作业平台以及机架，可调长辅连杆的一端与可调长主连杆用转动副连接后，其另一端与滑块一用转动副连接；而可调长主连杆的一端固定安装末端操作器，另一端与滑块二用转动副连接；滑块一、滑块二分别与二固定导轨构成移动副，其中，二个固定导轨平行布置于同一水平面内或一般空间中，且二个固定导轨在水平面上的投影间距为可调长主连杆与可调长辅连杆的可调长度段的长度之差；作业平台既可以布置于二个固定导轨的下方/上方，也可布置于二个固定导轨之间；可调长度段的可调结构，既可以由二端分别带有左、右外螺纹的调节杆与内置内螺纹的二段杆件构成螺纹连接，也可以由一端带有左或右外螺纹的调节杆与内置内螺纹的一段杆件构成螺纹连接。该装置结构简单，为一种能大范围加工、操作的新型高效数控装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种平面型数控并联运动操作装备，具体地说是为大范围切削加工、各种产业操作提供一种新型高效的数控装置。
背景技术
工业上往往需要各种结构简单、制造成本低的大范围平面型数控操作，例如大范围金属切削加工、焊接、非金属材料切割、测量、喷涂、雕刻等作业，已有的串联机器人操作手结构复杂、刚性差、动态响应性能差，而一般的并联操作手，包括二滑块在同一导轨上的各种二自由度平面操作手(如专利申请文献【200420083801.0】、【200710177514.4】等)，工作空间小，为此，需要发明提供结构简单、操作容易、制造成本低的大范围作业平面型数控并联运动操作方法及其装备。
发明内容
本发明的目的是要发明一种大范围作业数控型并联运动操作装备，包括二个固定导轨、二个滑块、可调长主连杆、可调长辅连杆、末端操作器、作业平台以及机架，可调长辅连杆的一端与可调长主连杆用转动副连接后，其另一端与滑块一用转动副连接；而可调长主连杆的一端固定安装末端操作器，另一端与滑块二用转动副连接，滑块一、滑块二分别与二固定导轨构成移动副，其中，二个固定导轨平行布置于同一水平面内或一般空间中，且二个固定导轨在水平面上的投影间距为可调长主连杆与可调长辅连杆的可调长度段的长度之差；作业平台既可以布置于二个固定导轨的下方/上方，也可布置于二个固定导轨之间；可调长度段的可调结构，既可以由二端分别带有左、右外螺纹的调节杆分别与内置左、右内螺纹的二段杆件构成螺纹连接，也可以由一端带有左或右外螺纹的调节杆与内置左或右内螺纹的一段杆件构成螺纹连接。该装置的优点是：结构简单、制造容易、操作简便，能实现各种大范围数控加工与产业操作。
附图说明
附图1为本发明的第一种实施例结构的三个视图示意图。
附图2为本发明的第一种、第二种实施例的可调长连杆的可调结构示意图。
附图3为本发明的第一种、第二种实施例的平面操作原理图。
附图4为本发明的第一种、第二种实施例的平面操作工作空间示意图。
附图5为本发明的第二种实施例的三个视图结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明用于大范围平面型数控并联运动操作的第一个实施例，包括二个固定导轨KK′、LL′、滑块一S、滑块二T、可调长主连杆1、可调长辅连杆2、末端操作器P、作业平台M以及机架Q，可调长辅连杆2的一端与可调长主连杆1用转动副B连接后，其另一端与滑块一S用转动副A连接；而可调长主连杆1的一端固定安装末端操作器P，另一端与滑块二T用转动副C连接，滑块一S与固定导轨KK′构成移动副，滑块二T与固定导轨LL′构成移动副；二个固定导轨KK′、LL′平行布置于离地H处的同一水平面内，且二端K、K′与L、L′分别用机架Q支撑，二个固定导轨的水平面平行间距L1为可调长主连杆1与可调长辅连杆2的可调长度段的长度BC、AB之差，即L1＝BC-AB；因可调长主连杆1、可调长辅连杆2、所有转动副以及末端操作器P均位于二平行固定导轨的下方，所以，作业平台M位于导轨的下方，反之，作业平台M也可以在二个固定导轨的上方。
可调长主连杆1与可调长辅连杆2的可调长度段的可调结构，既可以由二端分别带有左、右外螺纹的调节杆3分别与内置左、右内螺纹的二段杆件4、5构成螺纹连接，如图2(a)所示，也可以由一端带有左或右外螺纹的调节杆6与内置左或右内螺纹的一段杆件7构成螺纹连接，如图2(b)所示，只要转动调节杆3或6即可自动调节可调长度段之间的长度。
其工作原理可按如图3(a)～图3(h)所示的流程这样阐述，且取杆长AB＜BC，且二固定导轨水平面间距L1＝BC-AB。
1)当构型A-B-C三点顺时针布置时，控制二滑块S、T，取不同的速度VS、VT时，可调长主连杆1上末端操作器P的作业轨迹曲线mm′为左上凸向，如图3(a)所示；
2)当控制二滑块S、T的速度相等，即VS＝VT时，则末端操作器P历经长距离直线轨迹m′m′，直线轨迹m′m′离开其中一平行导轨KK′的距离l取决于可调长主连杆1与可调长辅连杆2之间的夹角θ(定义为从可调长辅连杆2逆时针绕至可调长主连杆1之间的夹角)，当θ＝0°时，l为最大，即lmax＝AB+BP，如图3(b)所示；
3)当θ＝0°即当可调长主连杆1与可调长辅连杆2重叠共线时，如图3(b)所示，通过控制二滑块S、T左右交错位置，可实现从X1OY1区域(图4)上的构型A-B-C顺时针布置(图3(a))，转换为Y1OX2区域(图4)上的A-B-C逆时针布置，如图3(c)所示，继续控制二滑块S、T，取不同的速度VS、VT时，从而使末端操作器P的作业轨迹曲线m′m为右上凸向，这样该装备能在以X1-O-X2为轴线的整个上半部作业区域内完全工作，如图4所示；
4)当θ＝180°，即可调长辅连杆2与可调长主连杆1拉直共线时，如图3(d)所示，在此位置上分别调节可调长主连杆1与可调长辅连杆2的可调长度段BC、AB的杆长，即分别转动其可调结构的调节杆3(如图2所示)，并使BC杆长缩短至B′C′、AB杆长增长至A′B′，且使A′B′-B′C′＝L1，如图3(e)所示；进一步，在此位置上通过控制可调长主连杆1或可调长辅连杆2，使其越过重叠线A′-B′-C′至下半部，以使该装备能在以X1-O-X2为轴线的下半部作业区域内工作(如图4)；
5)此时，如图3(f)所示，构型A′-B′-C′三点顺时针布置，同样地控制二滑块S、T的速度，分别当VS≠VT时，使末端操作器P的作业轨迹曲线nn′为右下凸向；当VS＝VT时，历经长距离直线n′n′，直线轨迹n′n′离开平行导轨KK′的最大距离为A′B′+B′P，如图3(g)所示，θ＝0°；此时，可调长主连杆1与可调长辅连杆2再次重叠共线，在此位置上可控制二滑块S、T再次左右交错位置，完成从X2OY2区域(图4)上的构型A′-B′-C′顺时针布置(如图3(f))，转换为X1OY2区域(图4)上的构型A′-B′-C′逆时针布置，最后实现轨迹曲线n′n为左下凸向，如图3(h)所示，这样，该装备又实现了在以X1-O-X2为轴线的整个下半部作业区域内的完全作业工作，如图4所示。
于是，按从图3(a)～图3(h)的上述操作原理和流程，该装备可实现一个较大工作空间的作业平面区域，如图4所示。
附图5为本发明用于大范围平面型数控并联运动操作的第二个实施例，它包括二个固定导轨KK′、LL′、滑块一S、滑块二T、可调长主连杆1、可调长辅连杆2、末端操作器P、作业平台M以及机架Q，可调长辅连杆2的一端与可调长主连杆1用转动副B连接后，其另一端与滑块一S用转动副A连接；而可调长主连杆1的一端固定安装末端操作器P，另一端与滑块二T用转动副C连接；滑块一S与固定导轨KK′构成移动副，滑块二T与固定导轨LL′构成移动副；二个固定导轨KK′、LL′布置于垂直方向相距L0、水平面上的投影相距L1的三维空间中，二端K、K′与L、L′分别用机架Q支撑，且水平面投影的间距L1为可调长主连杆1与可调长辅连杆2的可调长度段的长度BC、A B之差，即L1＝BC-AB，但作业平台M的高度位置须位于二固定导轨的垂直方向之间。
其工作原理同第一个实施例的工作原理，参见图3(a)～图3(h)；可调长主连杆1与可调长辅连杆2的可调长度段的可调结构也同第一个实施例的可调结构(如图2所示)，该装备实现的较大工作空间的作业平面区域，也如图4所示。
上述二个实施例中的末端操作器P可以是切削铣刀、钻头、割刀、刻刀，又可以是测量头、喷枪、焊枪等；驱动二个滑块S、T作直线运动的既可以是滚珠丝杠、同步带、直线电机或数字式液气压推杆等直线运动装置。
综上可知，该装置结构简单、制造容易，操作方便，为一种适合于大范围加工、各种产业操作的新型高效数控装置。
Claims (3)
1.一种平面型数控并联运动操作装备，包括两个固定导轨(KK′、LL′)、滑块一(S)、滑块二(T)、可调长主连杆(1)、可调长辅连杆(2)、末端操作器(P)、作业平台(M)以及机架(Q)，可调长辅连杆(2)的一端与可调长主连杆(1)用转动副(B)连接后，其另一端与滑块一(S)用转动副(A)连接；而可调长主连杆(1)的一端固定安装末端操作器(P)，另一端与滑块二(T)用转动副(C)连接；滑块一(S)与一个固定导轨(KK′)构成移动副，滑块二(T)与另一个固定导轨(LL′)构成移动副，其特征是所述两个固定导轨(KK′、LL′)平行布置于离地面H处的同一水平面内，且间距为可调长主连杆(1)与可调长辅连杆(2)的可调长度段的长度(BC、AB)之差，所述作业平台(M)位于两个固定导轨的下方或上方。
2.一种平面型数控并联运动操作装备，包括两个固定导轨(KK′、LL′)、滑块一(S)、滑块二(T)、可调长主连杆(1)、可调长辅连杆(2)、末端操作器(P)、作业平台(M)以及机架(Q)，可调长辅连杆(2)的一端与可调长主连杆(1)用转动副(B)连接后，其另一端与滑块一(S)用转动副(A)连接；而可调长主连杆(1)的一端固定安装末端操作器(P)，另一端与滑块二(T)用转动副(C)连接，滑块一(S)与一个固定导轨(KK′)构成移动副，滑块二(T)与另一个固定导轨(LL′)构成移动副，其特征是所述两个固定导轨(KK′、LL′)平行布置于垂直方向相距L0、水平面投影间距相距L1的三维空间中，且水平面投影的间距L1为可调长主连杆(1)与可调长辅连杆(2)的可调长度段的长度(BC、A B)之差，所述作业平台(M)的高度位置位于两个固定导轨(KK′、LL′)的垂直方向之间。
3.按权利要求1或2所述的平面型数控并联运动操作装备，其特征是所述的可调长主连杆(1)与可调长辅连杆(2)的可调长度段的可调结构，其由两端分别带有左或右外螺纹的调节杆(3)分别与内置左或右内螺纹的两段杆件(4、5)构成螺纹连接，或由一端带有左或右外螺纹的调节杆(6)与内置左或右内螺纹的一段杆件(7)构成螺纹连接。
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