CN103921268A - 用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔***，属于机械手作业技术领域。该用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔***包括定平台、动平台、固定在定平台的直线导轨、固定在动平台上的末端执行器、电机和侧电机，定平台和动平台之间由两条相对设置且结构相同的左ups子链和右ups子链以及一条与左ups子链和右ups子链偏置的一条prrpr子链连接。该用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔***结构简单新颖，控制方法简单，机构运动惯性小，运动学性能好，具有使得制孔末端执行器具有三维移动和两维转动五个自由度运动的特点。

Description

用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔***

技术领域

本发明涉及一种三支链并联机构制孔***，属于机械手作业技术领域。

背景技术

随着飞机制造行业的迅速发展，对飞机装配技术提出了高质量、高速度、低成本的生产要求，必须大量采用先进的自动化装配技术，使主要机体结构的装配以自动制孔和自动铆接为主，取代手工作业方式。机器人制孔技术是飞机柔性装配技术的一个重要应用和研究方向。目前其主流的三种机构形式有三种：柔性导轨机器人自动制孔***、自主爬行机器人自动制孔***、工业机械臂机器人自动制孔***。

串联机构是由多根杆件由运动副串联,且其中一根杆件为机架而构成的开链机构，并联机构是动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构与传统的串联机构相比较，具有无累积误差，精度较高；结构紧凑，刚度高，承载能力大；驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分质量轻，速度高，动态响应好等特点，使得并联机床近年来在世界上逐渐兴起，发展成为一种新型制造装备，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量等功能，更能满足复杂特种零件的加工，与传统机床相比，具有不可比拟的优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足，提出一种使得制孔末端执行器具有三维移动和两维转动五个自由度运动的用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔***。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔***，包括定平台、动平台、固定在定平台的直线导轨和固定在动平台上的末端执行器，还包括电机和侧电机，所述定平台和动平台之间由两条相对设置且结构相同的左、右ups子链以及一条与左、右ups子链偏置的prrpr子链连接；

所述左、右ups子链均包括可沿杆件长度方向伸缩的驱动杆，驱动杆的一端与动平台通过球铰连接，驱动杆的另一端与定平台通过虎克铰连接；

所述prrpr子链包括与直线导轨通过移动副连接的滑块、定长杆和可沿杆件长度方向伸缩的外驱动杆，定长杆的一端与滑块通过第一转动副连接，定长杆的另一端与外驱动杆的一端通过第二转动副连接，外驱动杆的另一端与动平台通过第三转动副连接；

所述左ups子链和右ups子链与动平台通过球铰连接处以及外驱动杆的另一端与动平台通过第三转动副连接处相互间隔且位于同一平面上；

所述左ups子链的虎克铰的第一转动副、右ups子链的虎克铰的第一转动副、prrpr子链中的第一转动副和第二转动副的轴线相互平行，所述左ups子链的虎克铰的第二转动副、右ups子链的虎克铰的第二转动副、prrpr子链中的第三转动副的轴线相互平行且与左ups子链的虎克铰的第一转动副的轴线相垂直；

所述左ups子链或右ups子链的虎克铰的第二转动副由电机驱动，prrpr子链中的第一转动副由侧电机驱动。

本发明通过在定平台和动平台之间由两条相对设置且结构相同的左ups子链和右ups子链以及一条与左ups子链和右ups子链偏置的一条prrpr子链连接，由此带来：

1）利用三条支链实现了制孔所需的三平移两转动五个自由度，减少了杆的相互干涉；

2）连接机构简单，工作空间较大，机构运动惯量小，动力学性能好;

3）机构的运动输入输出具有部分解耦性，可实现部分控制解耦;

4)有效地解决了并联机构正解困难的问题，为机构的精确控制奠定了基础。

上述技术方案的变化是：所述直线导轨延伸方向与左ups子链的虎克铰的第一转动副的轴线相平行。

上述技术方案的变化是：所述末端执行器包括丝杠和丝杠螺母，所述丝杠的驱动端连接有伺服电机，所述丝杠螺母连接有运动台。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔***的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的左视图。

图4是图1的prrpr支链的结构示意图。

具体实施方式

实施例

本实施例的用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔***，如图1、图2和图3所示，包括定平台1、动平台2、固定在定平台1的直线导轨3和固定在动平台2上的末端执行器4，还包括电机5和侧电机6。

定平台1和动平台2之间由两条相对设置且结构相同的左ups子链7、右ups子链8以及一条与左ups子链7、右ups子链8偏置的prrpr子链9连接。

下表1是各种运动副的代码及自由度：

表1

其中：移动副（prismatic）简称为P；转动副（revolute）简称为R；球铰（spherical）简称为S；虎克铰（Universal）简称为U；ups子链和prrpr子链中的字母均是由表1中的自由度的字母表示。

左ups子链7、右ups子链8均包括可沿杆件长度方向伸缩的驱动杆10。驱动杆10的一端与动平台2通过球铰11连接，驱动杆10的另一端与定平台1通过虎克铰12连接。

如图4所示，prrpr子链9包括与直线导轨3通过移动副连接的滑块13、定长杆14和可沿杆件长度方向伸缩的外驱动杆15。定长杆14的一端与滑块13通过第一转动副16连接，定长杆14的另一端与外驱动杆15的一端通过第二转动副17连接，外驱动杆15的另一端与动平台2通过第三转动副18连接。

左ups子链7和右ups子链8与动平台2通过球铰连接处以及外驱动杆15的另一端与动平台2通过第三转动副18连接处相互间隔且位于同一平面上。

左ups子链7的虎克铰的第一转动副19、右ups子链8的虎克铰的第一转动副20、prrpr子链9中的第一转动副16和第二转动副17的轴线相互平行。左ups子链7的虎克铰的第二转动副21、右ups子链8的虎克铰的第二转动副22、prrpr子链9中的第三转动副18的轴线相互平行且与左ups子链7的虎克铰的第一转动副19的轴线相垂直。

左ups子链7的虎克铰的第二转动副21或右ups子链8的虎克铰的第二转动副22由电机5驱动，prrpr子链9中的第一转动副16由侧电机6驱动。

本实施例的直线导轨3延伸方向与左ups子链7的虎克铰的第一转动副19的轴线相平行。

本实施例的末端执行器4包括丝杠和丝杠螺母，丝杠的驱动端连接有伺服电机，丝杠螺母连接有运动台。

本实施例的左ups子链7、右ups子链8中的驱动杆10以及prrpr子链9中的外驱动杆15均是自身带有驱动装置，可以驱使杆件沿其自身长度方向伸缩。

先预设空间坐标系，左ups子链7的虎克铰的第一转动副19、右ups子链8的虎克铰的第一转动副20、prrpr子链9中的第一转动副16和第二转动副17的轴线均与X轴平行；左ups子链7的虎克铰的第二转动副21、右ups子链8的虎克铰的第二转动副22、prrpr子链9中的第三转动副18的轴线均与Y轴平行，Z轴方向与X轴和Y轴方向相垂直。

实际工作时，由电机5、左ups子链7的驱动杆和右ups子链8的驱动杆时协调驱动实现动平台2在X轴方向的移动。

由prrpr子链9的外驱动杆15、左ups子链7的驱动杆和右ups子链8的驱动杆同时协调驱动实现动平台2在Y轴方向的移动。

由左ups子链7的驱动杆、右ups子链8的驱动杆、prrpr子链9的外驱动杆15和侧电机6协调驱动实现动平台2在Z轴方向的移动。

由左ups子链7的驱动杆、右ups子链8的驱动杆和电机5协调驱动实现动平台2沿Y轴的转动。

由左ups子链7的驱动杆、右ups子链8、prrpr子链9的外驱动杆15和侧电机6协调驱动实现动平台2沿X轴的转动。

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔***，包括定平台、动平台、固定在定平台的直线导轨和固定在动平台上的末端执行器，其特征在于: 还包括电机和侧电机，所述定平台和动平台之间由两条相对设置且结构相同的左、右ups子链以及一条与左、右ups子链偏置的prrpr子链连接；

所述左、右ups子链均包括可沿杆件长度方向伸缩的驱动杆，驱动杆的一端与动平台通过球铰连接，驱动杆的另一端与定平台通过虎克铰连接；

所述prrpr子链包括与直线导轨通过移动副连接的滑块、定长杆和可沿杆件长度方向伸缩的外驱动杆，定长杆的一端与滑块通过第一转动副连接，定长杆的另一端与外驱动杆的一端通过第二转动副连接，外驱动杆的另一端与动平台通过第三转动副连接；

所述左ups子链和右ups子链与动平台通过球铰连接处以及外驱动杆的另一端与动平台通过第三转动副连接处相互间隔且位于同一平面上；

所述左ups子链的虎克铰的第一转动副、右ups子链的虎克铰的第一转动副、prrpr子链中的第一转动副和第二转动副的轴线相互平行，所述左ups子链的虎克铰的第二转动副、右ups子链的虎克铰的第二转动副、prrpr子链中的第三转动副的轴线相互平行且与左ups子链的虎克铰的第一转动副的轴线相垂直；

所述左ups子链或右ups子链的虎克铰的第二转动副由电机驱动，prrpr子链中的第一转动副由侧电机驱动。

2.如权利要求1所述的用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔***，其特征在于：所述直线导轨延伸方向与左ups子链的虎克铰的第一转动副的轴线相平行。

3.如权利要求1或2所述的用于飞机装配的含prrpr支链并联机构制孔***，其特征在于：所述末端执行器包括丝杠和丝杠螺母，所述丝杠的驱动端连接有伺服电机，所述丝杠螺母连接有运动台。