[发明专利]具有四自由度运动能力的三支杆并联调整机构及方法

说明书

技术领域

 本发明属于机械技术领域，涉及非电变量的调整或控制系统中有关平台的位置和姿态调整的控制装置，具体地说是一种具有4自由度运动能力的三支杆并联调整装置，可用于精密测量、精密加工等领域。

背景技术

近年来，少自由度并联结构受到了大家的重视，小于6自由度的并联机构具有结构简单、制作成本低，控制相对容易等优点。对于一些需要少于6个自由度机械结构的系统来说，少自由度并联结构是非常实用的。4自由度并联机构作为少自由度并联结构的一种，与3自由度并联机构相比，其数量相对较少。因此，4自由度并联机构的研究已经成为国内外机械学研究的新型热点。

1999年罗兰（Rolland）提出了两个4自由度并联机构，分别为Manta和Kanuk。参见文献《The Manta and the Kanulk: Novel 4-DOF Parallel Mechanisms for Industrial Handling》in  Proc. ASME Dynamic System and Control Division, IMECE’99 Conference, Nashville, USA. Vol.67, 1999, pp.831-844。2001年，Zlatanov和Gosselin提出了四自由度并联机构——4-(RRR)^bRR，这个并联机构具有3个转动自由度和一个直线运动自由度。参见文献《A new parallel architecture with four degrees of freedom》in Proceeding of the 2^nd workshop on Computational Kinematics, May 19-22, Seoul, Korea, 2001, pp.57-66。2000年，T.S.Zhao和Z.Huang给出了4-URU机构，该机构具有3个直线运动自由度和一个旋转自由度。参见文献《A novel spatial four-dof parallel mechanism and its position analysis》，Mechanical Science and Technology, vol.19(6),2000,pp.927-929。2002年，一个具有两个直线运动自由度和两个转动自由度的机构被W.J.Chen等人提出，但这个4自由度机构实现的是一个Y轴方向的直线自由度和一个Z轴方向的直线自由度。参见文献 《A 2T-2R,4-Dof parallel manipulator》，ASME DETC/CIE, Montreal,Canada,DETC2002/MECH-34303。

如上所述，近年来，4自由并联机构得到了发展，但是实现4自由度并联机构都是有4个或者更多支杆来形成并联机构。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有在一个水平面上的前后和左右两个方向的直线自由度的4自由度并联机构，以及简化4自由度并联结构的复杂性的具有四自由度运动能力的三支杆并联调整机构及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：具有四自由度运动能力的三支杆并联调整机构，其特征是：包括上平台、下平台、第一长度固定支杆、第二长度固定支杆和第三长度固定支杆、十字导轨、第一一字导轨和第二一字导轨，第一长度固定支杆、第二长度固定支杆和第三长度固定支杆连接在上平台和下平台之间。

所述的第一长度固定支杆与下平台处在垂直状态，第一长度固定支杆与下平台上的一个十字导轨连接，在下平台的十字导轨上沿着十字导轨沿X轴或Y轴方向运动，第二长度固定支杆和第三长度固定支杆分别与下平台上按不同方向固定的第一一字导轨和第二一字导轨通过两个旋转副连接。

所述的第一长度固定支杆与上平台以虎克铰的方式连接。

所述的第二长度固定支杆和第三长度固定支杆与上平台以球铰的方式连接。

所述的十字导轨、第一一字导轨和第二一字导轨8，其中包括十字导轨中的一个导轨在下平台的面上相互形成夹角θ₁ 、θ₂ 、θ₃，其中，夹角θ₁ 、θ₂ 、θ₃的角度分别是120°。当然十字导轨另一个导轨垂直于构成120°角度的导轨。