工作空间可调的加强型三自由度并联机构制造技术

本发明专利技术公开了一种工作空间可调的加强型三自由度并联机构，包括定平台、动平台、加强部件与三个支链。每个支链包括调节部件、立柱、移动副、转动副、连杆、球面副，加强部件包括联接块与加强杆。调节部件水平安装在定平台上，调节部件上安装立柱，移动副与立柱连接，移动副与转动副连接，连杆的一端与转动副连接，连杆的另一端与球面副连接，球面副安装在动平台上，联接块安装在立柱的靠近定平台的边缘的面上，加强杆安装在联接块之间。本发明专利技术将加强部件与调节部件分离开来，在保证调节灵活性的同时，增大了机构的工作刚度，具有很好的经济效益与社会效益。

【技术实现步骤摘要】
工作空间可调的加强型三自由度并联机构
本专利技术涉及一种三自由度并联机构，尤其是一种由移动副、转动副和球面副构成的三自由度并联机构，属于机器人应用

技术介绍
工作空间是评价机器人性能的重要指标参数，其形状与大小对机器人的工作能力及应用范围有着极其重要的影响。但是，与串联机器人相比，并联机器人的工作空间相对小，因此，对并联机器人/机构工作空间特性的研究就显得尤为重要。在并联机器人/机构大家族中，3-PRS并联机构作为少自由度并联机器人/机构的典型代表之一，虽然只有3个自由度，但是由于机械结构与控制部分相对简单，它的一些特殊构型已在工业生产中得到了成功应用。它属于一类并联机构，由3个分支组成，每个分支都包含一个移动副(P)、一个转动副(R)与一个球面副(S)。3-PRS并联机构有大量的构型，不同构型下工作空间的形状千差万别；不同结构尺寸下，工作空间的大小差异巨大。3-PRS并联机构的工作精度随着工作空间中位姿的不同而变化。影响工作精度的因素很多，包括零部件的加工误差、使用过程中的磨损、温度变化导致的热胀冷缩、运动副各个部分之间必要的间隙、负载引起的受力变形等。由于并联机构中分支之间的耦合，末端位姿误差并不是各个误差源的简单叠加或简单的显式函数关系，误差之间存在着很强的相关性，建立准确的理论上的误差传递模型非常困难。因此，需要尽可能地在不同构型、不同尺寸下进行研究，采用工作空间或构型可调的并联机构则不用重复加工机械部分、降低实验硬件成本与时间成本。专利《工作空间可调的三自由度并联机构及其调整方法》(申请号：201410618331.1)针对一种特定的机构类型(连杆布置形式)，提供了一种工作空间可调的3-PRS并联机构，在这种特定的构型下可以调节结构尺寸，极大地方便了研究。但是，机构可调带来了一些新的问题，例如，调节部件使立柱等主要部分的工作刚度减小，导致精度下降、承载力减小；通过加大调节部分及立柱尺寸等方法可以增大刚度，但这又导致了机构笨重，不方便调节。
技术实现思路
本专利技术针对一类机构类型、工作空间可调的3-PRS并联机构由于调节部件导致工作刚度减小、或增大尺寸导致机构笨重的技术问题，提供了一种工作空间可调的加强型3-PRS并联机构，在调节过程中加强部件随着立柱的位置变化动态可调，在保证调节灵活性的同时，增大了机构的工作刚度，有效地解决了上述技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种工作空间可调的加强型三自由度并联机构，包括定平台1、动平台2、第一支链3、第二支链4和第三支链5；第一支链3、第二支链4和第三支链5中的每一个支链均包括以下部件：调节部件31，41，51、立柱32，42，52、移动副33，43，53、转动副34，44，54、连杆35，45，55、球面副36，46，56；上述每一个支链中所包括的部件的联接结构为：调节部件31，41，51水平安装在定平台1上，调节部件31，41，51上安装立柱32，42，52，立柱32，42，52垂直于定平台1，移动副33，43，53与立柱32，42，52联接，移动副33，43，53的轴线与定平台1的上平面垂直，移动副33，43，53与转动副34，44，54联接，转动副34，44，54的轴线与定平台1的上平面平行，连杆35，45，55的一端与转动副34，44，54联接，连杆35，45，55的另一端与球面副36，46，56联接，球面副36，46，56安装在动平台2上；调节部件31，41，51两两成120°夹角分布；所述并联机构还包括加强部件6，加强部件6包括联接块61与加强杆62，联接块61包括第一联接块611、第二联接块612、第三联接块613；3个联接块611，612，613中的每个联接块上均设置了4个双凸耳结构，每个所述双凸耳结构上设置了两个结构完全相同的同轴的铰制孔螺栓安装孔，4个双凸耳结构上的所述铰制孔螺栓安装孔的轴线都互相平行；每个联接块上的4个所述双凸耳结构的布置方式为：每个联接块的相互平行的左侧面与右侧面的上边缘处分别设置一个所述双凸耳结构，与所述左侧面与所述右侧面都垂直的前面的左下角与右下角分别设置一个所述双凸耳结构；加强杆62包括3个小加强杆621与3个大加强杆622，上述6个加强杆均为长度可调的伸缩杆，6个加强杆中的每一个加强杆的两端均设置了一个所述铰制孔螺栓安装孔，两端的所述铰制孔螺栓安装孔的结构完全相同并且轴线互相平行；第一联接块611安装在第一立柱32的靠近定平台1的边缘的面上，第二联接块612安装在第二立柱42的靠近定平台1的边缘的面上，第三联接块613安装在第三立柱52的靠近定平台1的边缘的面上；第一小加强杆621的一端通过铰制孔螺栓安装在第一联接块611的所述右侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第二联接块612的所述左侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第二小加强杆621的一端通过铰制孔螺栓安装在第二联接块612的所述右侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第三联接块613的所述左侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第三小加强杆621的一端通过铰制孔螺栓安装在第三联接块613的所述右侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第一联接块611的所述左侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第一大加强杆622的一端通过铰制孔螺栓安装在第一联接块611的所述前面上的右下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第二联接块612的所述前面上的左下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第二大加强杆622的一端通过铰制孔螺栓安装在第二联接块612的所述前面上的右下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第三联接块613的所述前面上的左下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第三大加强杆622的一端通过铰制孔螺栓安装在第三联接块613的所述前面上的右下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第一联接块611的所述前面上的左下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上。进一步，所述前面左下角的所述双凸耳结构与所述前面的夹角为150°，与所述左侧面的夹角为120°；所述前面右下角的所述双凸耳结构与所述前面的夹角为150°，与所述右侧面的夹角为120°。进一步，3个小加强杆621与3个大加强杆622均为圆弧形的长度可调的伸缩杆，6个加强杆62中每个加强杆的两端的所述铰制孔螺栓安装孔的轴线垂直于加强杆的圆弧所在平面。进一步，加强杆62中3个小加强杆621与3个大加强杆622中的每个加强杆均包括：滑槽部分6211，6221和滑块部分6212，6222；所述滑槽部分6211，6221均为圆弧形，所述滑槽部分6211，6221上均设置了圆弧形滑槽，滑槽的截面为矩形；所述滑块部分6212，6222上设置了与所述滑槽部分6211，6221上的圆弧形滑槽相匹配的矩形截面的滑轨。进一步，所述滑槽部分6211，6221的上平面为滑槽部分定位平面62111，62211，所述滑块部分6212，6222的下平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工作空间可调的加强型三自由度并联机构，所述并联机构包括定平台(1)、动平台(2)、第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)；第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)中的每一个支链均包括以下部件：第一调节部件(31，41，51)、第一立柱(32，42，52)、第一移动副(33，43，53)、第一转动副(34，44，54)、第一连杆(35，45，55)、第一球面副(36，46，56)；上述每个支链中所包括的部件的联接结构为：第一调节部件(31，41，51)水平安装在定平台(1)上，第一调节部件(31，41，51)上安装第一立柱(32，42，52)，第一立柱(32，42，52)垂直于定平台(1)，第一移动副(33，43，53)与第一立柱(32，42，52)联接，第一移动副(33，43，53)的轴线与定平台(1)的上平面垂直，第一移动副(33，43，53)与第一转动副(34，44，54)联接，第一转动副(34，44，54)的轴线与定平台(1)的上平面平行，第一连杆(35，45，55)的一端与第一转动副(34，44，54)联接，第一连杆(35，45，55)的另一端与第一球面副(36，46，56)联接，第一球面副(36，46，56)安装在动平台(2)上；调节部件(31，41，51)两两成120°夹角分布；特征在于，所述并联机构还包括加强部件(6)，加强部件(6)包括联接块(61)与加强杆(62)，联接块(61)包括第一联接块(611)、第二联接块(612)、第三联接块(613)；3个联接块(611，612，613)中的每个联接块上均设置了4个双凸耳结构，每个所述双凸耳结构上设置了两个结构完全相同的同轴的铰制孔螺栓安装孔，4个双凸耳结构上的所述铰制孔螺栓安装孔的轴线都互相平行；每个联接块上的4个所述双凸耳结构的布置方式为：每个联接块的相互平行的左侧面与右侧面的上边缘处分别设置一个所述双凸耳结构，与所述左侧面与所述右侧面都垂直的前面的左下角与右下角分别设置一个所述双凸耳结构；加强杆(62)包括3个小加强杆(621)与3个大加强杆(622)，上述6个加强杆均为长度可调的伸缩杆，6个加强杆中的每一个加强杆的两端均设置了一个所述铰制孔螺栓安装孔，两端的所述铰制孔螺栓安装孔的结构完全相同并且轴线互相平行；第一联接块(611)安装在第一立柱(32)的靠近定平台(1)的边缘的面上，第二联接块(612)安装在第二立柱(42)的靠近定平台(1)的边缘的面上，第三联接块(613)安装在第三立柱(52)的靠近定平台(1)的边缘的面上；第一小加强杆(621)的一端通过铰制孔螺栓安装在第一联接块(611)的所述右侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第二联接块(612)的所述左侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第二小加强杆(621)的一端通过铰制孔螺栓安装在第二联接块(612)的所述右侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第三联接块(613)的所述左侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第三小加强杆(621)的一端通过铰制孔螺栓安装在第三联接块(613)的所述右侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第一联接块(611)的所述左侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第一大加强杆(622)的一端通过铰制孔螺栓安装在第一联接块(611)的所述前面上的右下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第二联接块(612)的所述前面上的左下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第二大加强杆(622)的一端通过铰制孔螺栓安装在第二联接块(612)的所述前面上的右下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第三联接块(613)的所述前面上的左下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第三大加强杆(622)的一端通过铰制孔螺栓安装在第三联接块(613)的所述前面上的右下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第一联接块(611)的所述前面上的左下角的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上。...

【技术特征摘要】
1.一种工作空间可调的加强型三自由度并联机构，所述并联机构包括定平台(1)、动平台(2)、第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)；第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)中的每一个支链均包括以下部件：调节部件(31，41，51)、立柱(32，42，52)、移动副(33，43，53)、转动副(34，44，54)、连杆(35，45，55)、球面副(36，46，56)；上述每一个支链中所包括的部件的联接结构为：调节部件(31，41，51)水平安装在定平台(1)上，调节部件(31，41，51)上安装立柱(32，42，52)，立柱(32，42，52)垂直于定平台(1)，移动副(33，43，53)与立柱(32，42，52)联接，移动副(33，43，53)的轴线与定平台(1)的上平面垂直，移动副(33，43，53)与转动副(34，44，54)联接，转动副(34，44，54)的轴线与定平台(1)的上平面平行，连杆(35，45，55)的一端与转动副(34，44，54)联接，连杆(35，45，55)的另一端与球面副(36，46，56)联接，球面副(36，46，56)安装在动平台(2)上；调节部件(31，41，51)两两成120°夹角分布；特征在于，所述并联机构还包括加强部件(6)，加强部件(6)包括联接块(61)与加强杆(62)，联接块(61)包括第一联接块(611)、第二联接块(612)、第三联接块(613)；3个联接块(611，612，613)中的每个联接块上均设置了4个双凸耳结构，每个所述双凸耳结构上设置了两个结构完全相同的同轴的铰制孔螺栓安装孔，4个双凸耳结构上的所述铰制孔螺栓安装孔的轴线都互相平行；每个联接块上的4个所述双凸耳结构的布置方式为：每个联接块的相互平行的左侧面与右侧面的上边缘处分别设置一个所述双凸耳结构，与所述左侧面与所述右侧面都垂直的前面的左下角与右下角分别设置一个所述双凸耳结构；加强杆(62)包括3个小加强杆(621)与3个大加强杆(622)，上述6个加强杆均为长度可调的伸缩杆，6个加强杆中的每一个加强杆的两端均设置了一个所述铰制孔螺栓安装孔，两端的所述铰制孔螺栓安装孔的结构完全相同并且轴线互相平行；第一联接块(611)安装在第一立柱(32)的靠近定平台(1)的边缘的面上，第二联接块(612)安装在第二立柱(42)的靠近定平台(1)的边缘的面上，第三联接块(613)安装在第三立柱(52)的靠近定平台(1)的边缘的面上；第一小加强杆(621)的一端通过铰制孔螺栓安装在第一联接块(611)的所述右侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第二联接块(612)的所述左侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第二小加强杆(621)的一端通过铰制孔螺栓安装在第二联接块(612)的所述右侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上，另一端通过铰制孔螺栓安装在第三联接块(613)的所述左侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上；第三小加强杆(621)的一端通过铰制孔螺栓安装在第三联接块(613)的所述右侧面上的所述双凸耳结构的所述铰制孔螺栓安装孔上...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国强，康件丽，刘彦伟，代军，李艳琴，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41