[发明专利]一种附加支链座转动的四自由度并联机构

说明书

本发明公开了一种附加支链座转动的四自由度并联机构，包括机架、转动机构、第一支链座、第二支链座、第三支链座、第一支链组、第二支链组、第三支链组、动平台；机架包括底座、第一立柱、第二立柱；第一立柱、第二立柱固定在底座的两端；转动机构安装于机架内部，第一支链座、第三支链座分别与转动机构相连；第二支链座固定在底座上端；第一支链组、第二支链组、第三支链组的一端分别与第一支链座、第二支链座、第三支链座相连，另一端均与动平台相连；第一支链组、第二支链组、第三支链组的两端连接均通过球铰实现，从而组成空间并联闭环结构；本机构工作空间大，能够规避奇异位形，提高了运动性能与刚度，解决了机构正解定解问题，简化了控制系统。

技术领域

本发明属于数控制造装备领域，特别是一种附加支链座转动的四自由度并联机构。

背景技术

在宏大制造领域，大构件的焊接变位、大零件或大部件的装配对接都需要有能够大范围移动、能绕任意方向转动且精度合理、承载能力强的装置来协同工作。目前在大件装配方面，常规方法是以桥式起重机、叉车等设备辅助作业，由于此类设备位置定位误差大、没有角度定位能力，使得作业效率低下、作业安全隐患多；在大件焊接方面，除起重机和叉车外，已有针对特定作业应用焊接变位器的报道，但仍缺乏具有通用性好、自动化、操作简便的辅助装备。近年有关机器人装配的文献资料很多，但大多集中在用串联结构的工业机器人进行中小零件的自动装配方面，而由于串联机器人承载能力弱、定位误差大，难以在大件的装配作业中应用。可见大件机器人装配技术严重滞后，亟需定位定向准确、作业范围大、承载能力强、响应速度快、适应能力强的智能化装备。合理构型的并联机构利用其高刚度、高精度、多自由度可重构的优势，在大件焊接、装配等作业中大有可为。

中国专利CN105818137A公开了一种具有三维平动的并联机构，使用三个安装于定平台伺服电机，联结铰链兼任联轴器同步驱动三组可伸缩支链，虽然解决了机构正解的定解问题，但该机构工作空间小，不适合大范围工作的情形；中国专利CN103240729A公开了一种空间三平动并联机械手，包括固定机架、动平台以及对称布置在固定机架与动平台之间的三条支链组，每组支链分为近架杆和远架杆，形成空间轴对称多连杆结构，局限性在于刚度较差，工作空间较小。无法满足对大工件加工的要求。中国专利CN103846649A公开了一种用于精密装配的两级并联机器人装置，该装置由绳索并联机构和Stewart并联机构串联组成，其中绳索并联机构的动平台需要占用厂房里的行车向上牵引以此来实现定位，驱动绳索支链只能调整索平台姿态，局限性在于当装配大工件时，固定小车的占地面积太大，而且绳索的单向受力特性，使得索平台定位精度较差，该装置动平台的运动同时限制了作业区设备的安装和人员的操作，而且不安全。中国专利CN104117809A公布了一种车体焊接变位器，包括主动件和从动件，其局限性在于该装置的自由度较少，用于焊接特定的工件，但不能做装配机器人，通用性较差。德国斯图加特大学与澳大利亚的昆士兰大学、挪威的阿格德学院和瑞典的ABB公司联合研究一种名为Gantry-Tau的大工作空间并联机构，该机构采用定长杆组加三滑座的布局，通过规划三滑座的运动使动平台从上侧空间转换到下侧空间，从而比其他并联机构有着较大的工作空间，其中有一款立式机架的布局，声称可用于大工件的加工或装配作业。但该机构存在两个问题：一是想要得到更大的工作空间机架就必须非常高大，而且该机构的横向工作范围较小，二是动平台在上下空间倒换的轨迹规划异常复杂，且可通过的路径有限。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种附加支链座转动的四自由度并联机构；机架的安装位置可以灵活变换，刚度和承载能力好且具备开式大工作空间，便于和厂房内的人员及其他设备协同作业的并联机构，特别适合大型工件的焊接作业和装配作业。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种附加支链座转动的四自由度并联机构，包括机架、转动机构、第一支链座、第二支链座、第三支链座、第一支链组、第二支链组、第三支链组、动平台；所述机架包括底座、第一立柱、第二立柱；所述第一立柱、第二立柱固定在底座的两端；