[发明专利]一种驱动冗余三自由度并联机构

说明书

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一种模块化的驱动冗余三自由度并联机构。

背景技术

并联机构是由多个支链构成的闭环机构，相对于传统的串联机构具有以下优点：

结构简单紧凑、刚度高、单位重量上承载能力大、无误差积累、运动部件质量小、易于实现高速运动等优点。这些优点在一定程度上弥补了传统数控装置的不足。然而，并联机构也有其天生的缺陷，尤其是6自由度并联机构，其运动耦合性强、工作空间小、运动学正解复杂、工作空间不规则、数控编程复杂，等等。这些缺点增加了控制和后续的标定工作的复杂性，从而使得并联机构的推广应用受到了较大程度的限制。

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)越来越受到研究者的重视和青睐，。一些少自由度并联装置已经得到了成功应用，如德国DS Technologie公司研制的Sprint Z3三自由度并联主轴头在数控加工中心中获得了巨大的成功。该主轴头作为数控加工中心的一个模块，实现一个移动和两个转动自由度。该类机构的特点是：容易实现加工模块化、运动学简单、具有解耦或者部分解耦的特性。运动解耦的机构容易控制，并且可以达到更高的运动精度，并且解耦运动对机构的运动控制和轨迹规划都有一定意义。

本发明所提出的机构也同属于少自由度并联机构中的三自由度并联机构。

为了进一步克服并联机构的一些缺点，比如工作空间小以及工作空间不规则等，常采用添加冗余驱动的方式，利用冗余特性来避免机构的奇异，从而增大原有机构的工作空间，同时达到提高其刚度和精度的目的，这样构成的机构即为驱动冗余的并联机构。本发明所提出的机构即为驱动冗余的三自由度并联机构。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种驱动冗余三自由度并联机构，本发明通过冗余驱动的添加，该机构在具备了一般三自由度并联机构的优点的同时，其刚度和精度都得到了进一步的提高。

本发明提出的一种驱动冗余三自由度并联机构，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具有相同结构的第一、第二支链；该第一、第二支链均含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：该装置还包含一个含有冗余驱动的第三支链，用于实现转动自由度，且冗余驱动施加在该支链的移动副上；该支链中有两个运动副是被驱动的，该第三支链连接于动平台和定平台之间；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四个输入运动驱动动平台运动，实现两个移动自由度和一个转动自由度。

本发明的特点及技术效果

本发明的机构通过在实现转动的运动学支链上的移动副添加一个冗余驱动，由四个输入驱动动平台运动，实现两个移动自由度和一个转动自由度。动平台可实现较大的转动输出是该机构的一个突出优点，克服了以往并联机构转动能力有限的缺点。通过冗余驱动的添加，该机构在具备了一般三自由度并联机构的优点的同时，其刚度和精度都得到了进一步的提高，更容易实现模块化。

该冗余机构具有以下优点：(1)机构简单、紧凑；(2)刚度高；(3)工作空间大，尤其是转动工作空间，转动能力可达115°。这些优点使得该机构灵活性更好、加工精度更高，更容易实现模块化，配合其它装置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为本发明中采用的伸缩杆式驱动支链的结构示意图。

具体实施方式

本发明的驱动冗余三自由度并联机构结合附图及实施例详细说明如下：

本发明提出的一种驱动冗余三自由度并联机构，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具有相同结构的第一、第二支链；该第一、第二支链均含有一个主动驱动的运动副；其特征在于：该装置还包含一个含有冗余驱动的第三支链，用于实现转动自由度，且冗余驱动施加在该支链的移动副上；该支链中有两个运动副是被驱动的，该第三支链连接于动平台和定平台之间；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四个输入运动驱动动平台运动，实现两个移动自由度和一个转动自由度。