[发明专利]具有两条垂直交错转轴的三自由度并联机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有两条垂直交错转轴三自由度并联机构，尤其是三自由度并联运动机床。

背景技术

并联机器人或并联机床是以并联机构为执行机构的装置。目前在国际上研发出来的并联机器人或并联机床大都基于传统的6 自由度Stewart机构（例如CN00102901.0、CN03113115.8、CN200410041753.3、CN200310106458.7）；这种机构由定平台、动平台和连接它们的长度可调的连杆组成，连杆两端分别为球副和万向节, 通过控制连杆的长度来改变动平台的位姿。但这类机构存在以下问题：（1）运动学复杂，强耦合，不利于控制；（2）机构复杂，工作空间较小；（3）高精度球副制造困难。

具有两个转动自由度和一个移动自由度（简称2转1移）的3自由度并联机构（如US6431802、WO0025976、ZL200610013608.3、EP1123175、CA2349579、DE59905578D、ES2198991T、ZL200710057179.4）是少自由度并联机构中非常重要的一类，也可被应用为并联机器人或并联机床，如基于3-PRS并联机构的Z3(WO2000025976)主轴头，基于2-SPR/UPR并联机构的Exechon混联机床(WO2006054935)。但是3-PRS并联机构的两个转动自由度的轴线（简称转轴）随动平台的位姿变化，使得标定和控制具有很大困难；而2-SPR/UPR并联机构中配有球铰，在制造精度和转动范围上存在较大问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术存在的不足，提供一种具有两条固定转轴，且不含球铰链的两转一移三自由度并联机构，该机构应具有运动学模型简单、易于标定控制、结构简单、刚度好以及制造成本低等优点。 

本发明采用的技术方案是：

具有两条垂直交错转轴的三自由度并联机构，包括动平台、机架以及并联连接在动平台与机架之间三个独立可伸缩调整的分支；其特征在于：

自机架至动平台之间的第一分支中依次串接有万向铰、移动副、连杆和转动副； 

自机架至动平台之间的第二分支中依次串接有万向铰、移动副、连杆和转动副； 

自机架至动平台之间的第三分支中依次串接有转动副、移动副、连杆和万向铰； 

第一分支中的万向铰与第二分支中的万向铰，以第三分支中的转动副为基准对称布置；第一分支中的万向铰的外部转轴轴线与第二分支中的万向铰的外部转轴轴线共线且平行于第三分支中的转动副轴线；第一分支中的万向铰的内部转轴轴线、转动副轴线与第二分支中的万向铰的内部转轴轴线、转动副轴线相互平行且垂直于第一分支中的万向铰的外部转轴轴线、第二分支中的万向铰的外部转轴轴线； 

第三分支中，万向铰第一根转轴轴线平行于转动副轴线；万向铰第二根转轴轴线平行于第一分支中的转动副轴线和第二分支中的转动副轴线。

所述第一分支、第二分支以及第三分支中的移动副均是主动移动副；主动移动副的驱动机构是电机带动的丝杠机构或者伺服电机。

所述第一分支中的万向铰的外部转轴轴线、第二分支中的万向铰的外部转轴轴线以及第三分支中的转动副轴线均平行于机架所在的平面。

具有两条垂直交错转轴的三自由度并联机构，包括动平台、机架以及并联连接在动平台与机架之间四个独立可伸缩调整的分支；其特征在于：

自机架至动平台之间的第一分支中依次串接有万向铰、移动副、连杆和转动副；

自机架至动平台之间的第二分支中依次串接有万向铰、移动副、连杆和转动副； 

自机架至动平台之间的第三分支中依次串接有转动副、移动副、连杆和万向铰； 

自机架至动平台之间的第四分支中依次串接有转动副、移动副、连杆和万向铰；

所述第一分支中的万向铰的外部转轴轴线与第二分支中的万向铰的外部转轴轴线共线，且平行于第三分支中的转动副轴线以及第四分支中的转动副轴线，又作为第三分支中的转动副轴线以及第四分支中的转动副轴线的对称中心线；第一分支中的万向铰的内部转轴轴线、转动副轴线与第二分支中的万向铰的内部转轴轴线、转动副轴线相互平行且垂直于第一分支中的万向铰的外部转轴轴线、第二分支中的万向铰的外部转轴轴线； 

第三分支中，万向铰的第一根转轴轴线平行于转动副轴线；万向铰的第二根转轴轴线平行于第一分支中的转动副轴线和第二分支中的转动副轴线；