CN104227434A - 一种用于虚拟机床的两平移三转动并联机构 - Google Patents

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冯志友
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
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Abstract

本发明提供一种用于虚拟机床的两平移三转动并联机构，它由动平台、静平台和四条支链组成，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，第二支链和第三支链与第一支链的结构完全相同；第四支链由一个转动副、一个移动副和一个球面副串联而成；四条支链在两平台之间的配置方式是：驱动四条支链中的移动副和第四支链中的转动副，即可控制动平台的两平移三转动输出；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。

Description

一种用于虚拟机床的两平移三转动并联机构
技术领域
本发明涉及一种虚拟机床的可重构执行机构，具体地说，是一种用于虚拟机床的两平移三转动并联机构。
背景技术
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尚未解决，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，致使其工作空间较小。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种用于虚拟机床的两平移三转动并联机构。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***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。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于虚拟机床的两平移三转动并联机构，包括动平台、固定平台以及动平台与固定平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，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、第三支链与所述第一支链的结构完全相同；所述第四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；所述第四支链中间的运动副是移动副；所述动平台的两平移三转动输出依靠驱动四条支链中的移动副和所述第四支链中的转动副来控制。
所述动平台和所述固定平台均为正四边形。
与现有技术相比，本发明并联机构由于第四支链与固定平台之间采用转动副连接作为了驱动副，使得第四支链成为该并联机构的串联输入支链，因而具有如下特点：，
(1)机构动平台具有两平移三转动输出，且只有四条支链；
(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；
(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在线、离线运动规划；
(4)机构简单、灵活度高、工作空间较大。
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***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。
附图说明
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：
图1是本发明的结构简图；图1中，I、II、III、Ⅳ分别表示第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；S1、S2、S3、S4表示球面副；P1、P2、P3、P4表示移动副；U1、U2、U3表示虎克铰；R4表示转动副；1、2、3、4、5、6、7、8表示杆件；9表示动平台；10表示固定平台。
具体实施方式
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：
如图1所示，本发明一种用于虚拟机床的两平移三转动并联机构，它由动平台9、静平台10和结构不全相同的四条支链I、II、III、Ⅳ组成；第一支链I由球面副S1、杆件1、移动副P1、杆件2和虎克铰U1依次联接组成；第二支链II由球面副S2、杆件3、移动副P2、杆件4和虎克铰U2依次联接组成；第三支链III由球面副S3、杆件5、移动副P3、杆件6和虎克铰U3依次联接组成；第四支链Ⅳ由球面副S4、杆件7、移动副P4、杆件8和转动副R4依次联接组成；诸支链两端分别固联在动平台9和静平台10上；所述动平台9和所述固定平台10均为正四边形。
本实施例的工作过程：安装该机构于并联机床上，当构件尺度参数确定后，控制五个驱动副(转动副R4和四个移动副P1，P2，P3，P4)的输入运动，就可以控制动平台9的位姿，实现加工轨迹的要求。
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。

Claims (2)

1.一种用于虚拟机床的两平移三转动并联机构，包括动平台、固定平台以及动平台与固定平台之间的第一支链、第二支链、第三支链、第四支链，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、第三支链与所述第一支链的结构完全相同；所述第四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；所述第四支链中间的运动副是移动副；所述动平台的两平移三转动输出依靠驱动四条支链中的移动副和所述第四支链中的转动副来控制。
2.根据权利要求1所述的用于虚拟机床的两平移三转动并联机构，其特征在于：所述动平台和所述固定平台均为正四边形。
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