CN103753234A - 一种新型多轴联动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型多轴联动混联装置，属于数控装置制造技术领域。包括一个安装执行器的动平台和定平台，以及连接所述动平台和定平台之间的第三支链；该第三支链含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：该装置还包括连接所述动平台和定平台之间结构相同的第一、第二支链，所述第一、第二支链均含有两个主动驱动的运动副；所述第一、第二和第三支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，通过五个输入运动驱动动平台运动，实现三个移动和两个转动自由度；该装置还可包括一个环形导轨或工作台，所述空间并联闭环机构与该环形导轨或工作台构成一个可实现多达六轴联动的混联装置。通过三个支链的结构形式实现五个自由度的输出运动，结构紧凑运动学简洁。

Description

一种新型多轴联动装置
技术领域
本发明属于机械制造领域，特别涉及一种能够应用于数控装置制造领域的新型可移动便携式多轴联动装置。 
背景技术
在机械制造领域，随着现代零部件的设计越来越先进、加工工艺越来越复杂，大型空间自由曲面类零部件已广泛应用于各个重点关键领域，如航空航天、汽车、船用螺旋桨、涡轮叶片等。此类应用要求制造加工设备能够实现五轴联动的加工能力，在工况苛刻的条件下要求加工设备能够实现一次装卡五面加工。简而言之，现代加工设备应具有更好的加工柔性、转动灵活性以及更高的加工效率。随着零件的大型化以及大型设备的维修，一些零部件或大型设备无法移动到加工装备的工作台，而需要加工设备安置到加工现场，进而要求加工设备具有可移动和便携等特性。针对以上应用需求，加工装备的模块化设计便成为满足上述需求一种有效途径。而五轴或多轴联动装备的模块设计非常具有挑战性。 
并联机构由于具有结构紧凑、运动部件质量小、刚度高、动态响应特性好、单位重量上承载能力大、易于实现高速运动等优点而成为模块化设计的理想选择。并联机构是指由两个或多个运动学支链构成的闭环并能够控制终端实现一定输出运动的机构。近年来，少自由度并联机构(自由度数少于六自由度的并联机构)由于容易实现较大工作空间(尤其是转动工作空间)、便于模块化等特性而越来越受到研究者的重视和青睐，五自由度并联机构是少自由度并联机构中自由度最多的一类。而工程实用性强的五自由度并联机构少之又少。目前应用效果最好的五自由度全并联装备是由德国Metrom公司经过十余年研发成功的一系列可实现立卧转换的五轴联动装备，如其中的PM1400等。该装备采用模块化设计，实现了可移动式和便携的概念。 
在Metrom取得上述成功的同时，仍存在一些关键技术问题需要解决，如五支链带来的运动学以及结构复杂性，进而导致的机械干涉和刚度等问题。为了解决上述问题并提出更加理想的五轴模块化方案，本发明提出了一种基于三支链结构的五自由度并联机构以及相应的多轴联动装置，能够实现至少五轴多达六轴的联动控制。 
发明内容
本发明的目的是为大型复杂自由曲面零部件的加工提供更好的原理构型及解决方案，提出一种可移动便携式的新型多轴联动装置。本发明提出的新型多轴联动装置可实现至少五轴多达六轴的联动控制。 
本发明提出的一种新型多轴联动装置，包括一个安装执行器的动平台和定平台，以及连接所述动平台和定平台之间的第三支链；该第三支链含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：该装置还包括连接所述动平台和定平台之间的第一、第二支链，该第一、第二支链结构相同，均含有两个主动驱动的运动副；所述第一、第二和第三支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过五个输入运动驱动动平台运动，实现三个移动自由度和两个转动自由度；该装置还可包括一个环形导轨或一个安装被加工工件的工作台，所述空间并联闭环机构与该环形导轨或工作台构成一个多轴联动混联装置，该混联装置可实现多达六轴的联动运动。 
本发明的特点及技术效果 
本发明的一种新型多轴联动装置，采用三个支链的结构形式构成空间五自由度闭环机构，通过五个输入驱动动平台运动，实现三个移动自由度和两个转动自由度，采用三个支链的结构形式实现五个自由度的输出运动是该机构区别于其它同类机构的一个显著特点，其动平台可实现较大的转动输出能力是该机构的一个突出优点，结合环形导轨或旋转工作台，采用混联的结构形式获得了多达六轴的联动控制，可实现对复杂自由曲面类零件的多轴联动数控加工。 
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。 
图2为本发明实施例2的结构示意图。 
图3为本发明实施例3的结构示意图。 
图4为本发明实施例4的结构示意图。 
图5为本发明实施例5的结构示意图。 
图6为本发明实施例6的结构示意图。 
图7为本发明第三支链结构示意图。 
具体实施方式
本发明的一种新型多轴联动装置结合附图及实施例详细说明如下： 
本发明提出的一种新型多轴联动装置，包括一个安装执行器的动平台和定平台，以及 连接所述动平台和定平台之间的第三支链；该第三支链含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：该装置还包括连接所述动平台和定平台之间的第一、第二支链，该第一、第二支链结构相同，均含有两个主动驱动的运动副；所述第一、第二和第三支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过五个输入运动驱动动平台运动，实现三个移动自由度和两个转动自由度；该装置还可包括一个环形导轨或一个安装被加工工件的工作台，所述空间并联闭环机构与该环形导轨或工作台构成一个多轴联动混联装置，该混联装置可实现多达六轴的联动运动。 
本发明的一种新型多轴联动装置，具体说明如下： 
第一、第二支链均包括：上连接件、下连接件、上滑块、下滑快、上连杆、下连杆、U型件、连接块以及运动副。所述运动副有十个，一个是连接于定平台和下连接件之间的转动副，一个是连接于下连接件和下滑块之间的转动副，一个是连接于下滑块和下连杆之间的移动副，一个是连接于定平台和上连接件之间的转动副，一个是连接于上连接件和上滑块之间的转动副，一个是连接于上滑块和上连杆之间的移动副，一个是连接于上连杆和下连杆之间的转动副，一个是连接于上连杆和U型件之间的转动副，一个是连接于U型件和连接块之间的转动副，另一个是连接于连接块和动平台之间的转动副。其中，连接于上滑块和上连杆之间的移动副以及连接于下滑块和下连杆之间的移动副是被驱动的；连接于定平台和上连接件之间以及连接于上连接件和上滑块之间的两个转动副可由一个虎克铰或者一个球铰代替；连接于定平台和下连接件之间以及连接于下连接件和下滑块之间的两个转动副可由一个虎克铰或者一个球铰代替；连接于上连杆和U型件之间、连接于U型件和连接块之间以及连接于连接块和动平台之间的三个转动副可由一个球铰代替。 
第三支链包括：连接件、滑块、连杆以及运动副。所述运动副有四个，一个是连接于定平台和连接件之间的转动副，一个是连接于连接件和滑块之间的转动副，一个是连接于滑块和连杆之间的圆柱副，另一个是连接于连杆和动平台之间的转动副。其中，滑块和连杆之间沿杆长方向的伸缩运动是被驱动的；连接于定平台和连接件之间以及连接于连接件和滑块之间的两个转动副可由一个虎克铰或者一个球铰代替；连接于滑块和连杆之间的圆柱副可由一个移动副和一个转动副代替，且该移动副是被驱动的。 
该多轴联动装置可包括：转台以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台和转台之间的转动副，且该转动副是被驱动的。 
该多轴联动装置也可包括：环形导轨以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台和环形导轨之间的转动副，且该转动副是被驱动的。 
实施例1： 
本实施例的一种新型多轴联动装置的结构如图1所示，包括定平台18、动平台12及第一、第二、第三支链，所述三条支链分别连接于定平台18和动平台12之间，并与该定平台18、和动平台12构成空间闭环机构。 
所述第一、第二支链均包括：上连接件17、下连接件19、上滑块16、下滑快110、上连杆112、下连杆111、U型件113、连接块11以及运动副。所述运动副有十个，一个是连接于定平台18和下连接件19之间的转动副，一个是连接于下连接件19和下滑块110之间的转动副，一个是连接于下滑块110和下连杆111之间的移动副，一个是连接于定平台18和上连接件17之间的转动副，一个是连接于上连接件17和上滑块16之间的转动副，一个是连接于上滑块16和上连杆112之间的移动副，一个是连接于上连杆112和下连杆111之间的转动副，一个是连接于上连杆112和U型件113之间的转动副，一个是连接于U型件113和连接块11之间的转动副，另一个是连接于连接块11和动平台12之间的转动副。其中，连接于上滑块16和上连杆112之间的移动副以及连接于下滑块110和下连杆111之间的移动副是被驱动的；连接于定平台18和上连接件17之间以及连接于上连接件17和上滑块16之间的两个转动副可由一个虎克铰或者一个球铰代替；连接于定平台18和下连接件19之间以及连接于下连接件19和下滑块110之间的两个转动副可由一个虎克铰或者一个球铰代替；连接于上连杆112和U型件113之间、连接于U型件113和连接块11之间以及连接于连接块11和动平台12之间的三个转动副可由一个球铰代替。 
所述第三支链包括：连接件15、滑块14、连杆13以及运动副。所述运动副有四个，一个是连接于定平台18和连接件15之间的转动副，一个是连接于连接件15和滑块14之间的转动副，一个是连接于滑块14和连杆13之间的圆柱副，另一个是连接于连杆13和动平台12之间的转动副。其中，滑块14和连杆13之间沿杆长方向的伸缩运动是被驱动的；连接于定平台18和连接件15之间以及连接于连接件15和滑块14之间的两个转动副可由一个虎克铰或者一个球铰代替；连接于滑块14和连杆13之间的圆柱副可由一个移动副和一个转动副代替，且该移动副是被驱动的。 
该多轴联动装置可实现三个移动自由度和两个转动自由度的五轴联动控制。 
实施例2： 
本实施例的一种新型多轴联动装置的结构如图2所示，该多轴联动装置与实施例1的不同之处在于：该多轴联动装置还包括转台21以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台22和转台21之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和三个转动自由度的六轴联动控制。 
实施例3： 
本实施例的一种新型多轴联动装置的结构如图3所示，该多轴联动装置与实施例1的不同之处在于：该多轴联动装置还包括环形导轨31以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台32和环形导轨31之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和三个转动自由度的六轴联动控制。 
实施例4： 
本实施例的一种新型多轴联动装置的结构如图4所示，该多轴联动装置与实施例1的不同之处在于第一、第二支链中连接于动平台41和连接块42之间的转动副轴线方向不同。该新型多轴联动装置可实现三个移动自由度和两个转动自由度的五轴联动控制。 
实施例5： 
本实施例的一种新型多轴联动装置的结构如图5所示，该多轴联动装置与实施例4的不同之处在于：该多轴联动装置还包括转台51以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台52和转台51之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和三个转动自由度的六轴联动控制。 
实施例6： 
本实施例的一种新型多轴联动装置的结构如图6所示，该多轴联动装置与实施例4的不同之处在于：该多轴联动装置还包括环形导轨61以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台62和环形导轨61之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和三个转动自由度的六轴联动控制。 
以上各实施例所述第三支链的结构也可由图7所示的运动支链实现，该支链包括连接件74、滑块73、连杆72、U型件71以及运动副。所述运动副有三个，一个是连接于连接件74和滑块73之间的转动副，一个是连接于滑块73和连杆72之间的移动副，另一个是连接于连杆72和U型件71之间的转动副。其中，连接于滑块73和连杆72之间的移动副是被驱动的。 

Claims (5)

1.一种新型多轴联动混联装置，包括一个安装执行器的动平台和定平台，以及连接所述动平台和定平台之间的第三支链；该第三支链含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：该装置还包括连接所述动平台和定平台之间的第一、第二支链，该第一、第二支链结构相同，均含有两个主动驱动的运动副；所述第一、第二和第三支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过五个输入运动驱动动平台运动，实现三个移动自由度和两个转动自由度。
2.如权利要求1所述的一种新型多轴联动装置，其特征在于，所述第一、第二支链均包括：上连接件、下连接件、上滑块、下滑快、上连杆、下连杆、U型件、连接块以及运动副。所述运动副有十个，一个是连接于定平台和下连接件之间的转动副，一个是连接于下连接件和下滑块之间的转动副，一个是连接于下滑块和下连杆之间的移动副，一个是连接于定平台和上连接件之间的转动副，一个是连接于上连接件和上滑块之间的转动副，一个是连接于上滑块和上连杆之间的移动副，一个是连接于上连杆和下连杆之间的转动副，一个是连接于上连杆和U型件之间的转动副，一个是连接于U型件和连接块之间的转动副，另一个是连接于连接块和动平台之间的转动副。其中，连接于上滑块和上连杆之间的移动副以及连接于下滑块和下连杆之间的移动副是被驱动的；连接于定平台和上连接件之间以及连接于上连接件和上滑块之间的两个转动副可由一个虎克铰或者一个球铰代替；连接于定平台和下连接件之间以及连接于下连接件和下滑块之间的两个转动副可由一个虎克铰或者一个球铰代替；连接于上连杆和U型件之间、连接于U型件和连接块之间以及连接于连接块和动平台之间的三个转动副可由一个球铰代替。
3.如权利要求1所述的一种新型多轴联动装置，其特征在于，所述第三支链包括：连接件、滑块、连杆以及运动副。所述运动副有四个，一个是连接于定平台和连接件之间的转动副，一个是连接于连接件和滑块之间的转动副，一个是连接于滑块和连杆之间的圆柱副，另一个是连接于连杆和动平台之间的转动副。其中，滑块和连杆之间沿杆长方向的伸缩运动是被驱动的；连接于定平台和连接件之间以及连接于连接件和滑块之间的两个转动副可由一个虎克铰或者一个球铰代替；连接于滑块和连杆之间的圆柱副可由一个移动副和一个转动副代替，且该移动副是被驱动的。
4.如权利要求1所述的一种新型多轴联动装置，其特征在于，该多轴联动装置还可包括：转台以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台和转台之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和三个转动自由度的六轴联动控制。
5.如权利要求1所述的一种新型多轴联动装置，其特征在于，该多轴联动装置也可包括：环形导轨以及运动副。所述运动副有一个，为连接于定平台和环形导轨之间的转动副，且该转动副是被驱动的。该装置可实现三个移动自由度和三个转动自由度的六轴联动控制。
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