[发明专利]一种三转动球面并联操作装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联虚轴机床、工作台与机器人关节的执行机构，具体地说是为并联结构虚轴机床、操作工作台与机器人关节等提供一种新型的三维转动球面操作装置。

背景技术

并联机构在机器人、虚拟轴机床、坐标测量机、工作平台、机械手等领域获得了广泛应用，除了6自由度的6-SPS、6-RSS典型并联结构外，还有自由度为2～5的少自由度并联机构，它们在实际的工业生产上更具有实用价值。研究较多的是三维平移并联机构，如Delta机构、Star Like机构、Tsai氏三维平移并联机构(美国专利号：5656905，1997)。

三维转动并联机构也可广泛应用于机械加工、雷达跟踪、舞台照明、机器人关节等场合。加拿大学者Gosselin最早研究、设计基于球面并联机构的“灵巧眼”，后来，国内一些学者也提出了一些球面并联机构或装置，例，专利ZL022090649、ZL200810055018.6、201010126955.3、201010274735.5等三维转动并联机构。总之，相对来说，三维转动并联操作装置的型式还比较少，需要综合结构简单、控制解耦、刚度好、制造容易的实用化新机型。

发明内容

本发明的目的是要提供结构简单、控制解耦、刚度好的新型三转动球面并联操作装置。

本发明的第一种三转动球面并联操作装置，由上动平台(5)、下静平台(0)及连接上动平台(5)和下静平台(0)的三条结构相同的支链组成，其特征是第一条支链上的杆一(1)、杆二(2)、杆三(3)分别以转动副轴线相平行的转动副二(R₁₂)、转动副三(R₁₃)连接后，杆一(1)的另一端和下静平台(0)以转动副一(R₁₁)连接，杆三(3)的另一端与圆弧型杆一(4)的一端以转动副四(R₁₄)连接，圆弧型杆一(4)的另一端和上动平台(5)以转动副五(R₁₅)连接，且圆弧型杆一(4)的二端的转动副四(R₁₄)与转动副五(R₁₅)的轴线须相交于转动中心点(O′)；进一步，第一条支链上的圆弧型杆一(4)二端的转动副四(R₁₄)和转动副五(R₁₅)、第二条支链上的圆弧型杆二(6)二端的转动副六(R₂₅)和转动副七(R₂₄)、第三条支链上的圆弧型杆三(7)二端的转动副八(R₃₅)和转动副九(R₃₄)，共六个转动副的轴线必须相交于转动中心点(O′)。

同时，第一条支链上的转动副一(R₁₁)、第二条支链上的转动副十(R₂₁)、第三条支链上的转动副十一(R₃₁)，这三个转动副的轴线不能平行于同一平面。

本发明的第二种三转动球面并联操作装置，由上动平台(5)、下静平台(0)及连接上动平台(5)和下静平台(0)的三条结构相同的支链组成；其特征是第一条支链上的杆一(1)的一端与下静平台(0)以转动副一(R₁₁)连接后，另一端与杆二(2)以轴线垂直于转动副一(R₁₁)轴线的移动副(P₁₂)连接，杆二(2)与杆三(3)又以平行于转动副二(R₁₁)轴线的转动副三(R₁₃)连接，杆三(3)的另一端与圆弧型杆一(4)的一端以转动副四(R₁₄)连接，而圆弧型杆一(4)的另一端与上动平台(5)以转动副五(R₁₅)连接，且圆弧型杆一(4)的二端的转动副四(R₁₄)与转动副五(R₁₅)的轴线须相交于转动中心点(O′)；进一步，第一条支链上的圆弧型杆一(4)二端的转动副四(R₁₄)和转动副五(R₁₅)、第二条支链上的圆弧型杆二(6)二端的转动副六(R₂₅)和转动副七(R₂₄)、第三条支链上的圆弧型杆三(7)二端的转动副八(R₃₅)和转动副九(R₃₄)，共六个转动副的轴线必须相交于转动中心点(O′)。