CN102881338A - 一种1t2r并联三自由度位姿调整平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种1T2R并联三自由度位姿调整平台，属于机械领域。本发明包括动平台(1)、静平台(3)、运动链一(2)、运动链二（4）、运动链三（5），该装置能够有效地解决非常规曲面工件加工过程中，传统工作平台无法自动调整空间位姿，无法自动定位或定位不精确等问题，使得工件位姿实时调整，以达到最好的加工效果。该工作台且具有解耦性好、工作时转动惯量小、承载能力大、动态响应迅速、定位精度高、易于控制、成本低廉等优点。

Description

一种1T2R并联三自由度位姿调整平台

技术领域

本发明公开了一种1T2R的并联三自由度位姿调整平台，实现对曲面工件位置与姿态的自动调整，以达到最理想的加工位姿，特别针对非常规曲面零件的加工，如：用于航空发动机叶片或汽轮机叶片的激光强化过程中叶片位置与姿态的调整。本发明设计提出了通过并联机构实现1T2R三自由度调整的具有很好解耦性的位姿调整平台。

背景技术

1965年Stewart提出的Stewart平台由上下平台及6根驱动杆组成，驱动杆可以独立地伸缩，且分别通过由球铰链与上下平台连接，这样，上平台具有6个自由度。随着对各种并联机构研究的不断深入，人们将凡是把上下平台通过两个或两个以上支链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且驱动方式为并联驱动的机构统称为并联机构。相对于传统的串联式机构而言，并联机构具有承载能力大、刚度高、运动速度快、精度高、动力学性能好等优点，可应用于加工中心、分拣机构、医疗辅助器械等领域。

由于结构的限制，6自由度并联机构有许多技术问题没能很好解决，如运动耦合性强、运动学正解复杂、工作空间小、传动特性差等。少自由度并联机器人机构在工业生产中具有广阔的应用前景，不少学者研究了多种该类型的机构，尤其是三自由度并联机构，例如，专利文献“具有不同结构驱动分支的三自由度并联机器人机构”（公开号CN101244560A）和“基于三自由度并联机构的六自由度并串联位姿测量机”（公开号CN1393321A）分别提出了两种不同的并联机构，理论上也都可以达到预定的效果，但是机构具有很强的耦合性，在实际生产应用中很难实现有效的控制；又例如专利文献，"3自由度结构解耦并联微动机器人”(专利号:ZL00100198.1)和“可重组模块化3-6自由度结构解耦并联微动机器人”(公开号CN1377757A)报道了在并联解耦研究的进展情况，但这些并联机构仅适用于微动领域，原因是其解耦是近似的，且随着工作空间的加大，各驱动单元之间的藕合度会随之相应增加，这就意味着该并联解耦机构的实际工作空间仅为几微米;换言之，为了保持输入输出之间的近似解耦关系，必须限制该并联解耦机构用于一定范围的微动操作，否则就是非解耦的，因此该项技术仍具有瞬时解耦的特点，本质上也属于瞬时解耦。

所以，在目前为止，解耦性好，同时工作空间大，承载力好的一平移两转动的三自由度并联平台尚未见报道，现有的位姿调整平台，只能通过简单的人为控制实现三个方向x、y、z向的位置平移，无法实现对复杂曲面的3D形状产品的空间姿态调整，更谈不上自动化调整。

本发明提出的1T2R并联三自由度位姿调整平台继承了传统并联机器人刚度重量比大、承载能力强、定位精度高、累积误差小、动态性能好、结构紧凑等优点，同时又具备良好的解耦性能，控制更加容易实现。

发明内容

为了弥补现有技术中工件位姿调整平台性能的缺陷，本发明提供了一种可以实现1T2R空间位姿调整的解耦性好的工作台，能够有效地解决复杂曲面工件空间位姿调整问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：研制一种用于曲面工件位姿调整的1T2R并联三自由度平台，它可以实现沿Z轴的位置移动及绕X、Y轴的姿态转动。

1T2R并联三自由度位姿调整平台包括动平台、静平台、运动链一、运动链二、运动链三，所述运动链一、运动链二、运动链三分别竖直固定安装在静平台上，且呈等腰直角三角形分布，运动链三与静平台的连接点为直角点；运动链一固定在静平台的移动副P2通过转动副R1与固定在动平台的圆柱副C1相连接；运动链二固定在静平台的圆柱副C2通过转动副R2与圆柱副C3相连接，圆柱副C3通过转动副R3与动平台相连接；运动链三固定在静平台的移动副P1通过万向节与动平台相连接；在装配是的初始位置保证当动平台与静平台保持水平时，运动链一的圆柱副C1的轴线和运动链二的圆柱副C3的轴线分别于万向节的两个转动轴线相重合。

本发明的有益效果是：该1T2R并联三自由度位姿调整平台很好地解决了现役传统平台机构姿态无法调整，无法自动定位等问题，并能够实现大型非常规曲面零件在强化工序中姿态、位移的调整，使得零件全部待加工位置得到最理想的加工效果。本专利描述的1T2R并联三自由度位姿调整平台各运动链的解耦性好，且因为主动件与静平台固定，使得转动惯量小，保证各运动链运动时没有积累误差，具有结构紧凑、承载能力大、动态响应迅速、定位精度高、易于控制、成本低廉等优点。

附图说明

图1为1T2R并联三自由度位姿调整平台结构示意图一。

图2为1T2R并联三自由度位姿调整平台结构示意图二。

图3为1T2R并联三自由度位姿调整平台结构简图。

图中，1，动平台；2，运动链一；3，静平台；4，运动链二；5，运动链三；6万向节。

具体实施方式

本发明中所提及的1T2R并联三自由度位姿调整平台由动平台(1)、静平台(3)、运动链一(2)、运动链二（4）、运动链三（5）组成，它可以实现工件沿Z轴的位置平移及绕X、Y轴的姿态转动。其中，运动链一(2)、运动链二（4）、运动链三（5）分别竖直固定安装在静平台（3）上，且呈等腰直角三角形分布，图1中，AO=BO，∠AOB为直角；运动链一（2）固定在静平台的移动副P2通过转动副R1与固定在动平台（1）的圆柱副C1相连接；运动链二（4）固定在静平台的圆柱副C2通过转动副R2与圆柱副C3相连接，圆柱副C3通过转动副R3与动平台（1）相连接；运动链三（5）固定在静平台的移动副P1通过万向节（6）与动平台（1）相连接，且在装配是的初始位置保证当动平台（1）与静平台（3）保持水平时，运动链一（2）的圆柱副C1的轴线和运动链二（4）的圆柱副C3的轴线分别于万向节（6）的两个转动轴线相重合。

在本发明中，三条运动链都为主动运动链，运动链一（2）和运动链三（5）的驱动分别为移动副P2和P1；运动链二（4）的驱动为圆柱副C2，但是只提供沿Z轴方向的驱动，绕Z轴方向的转动则为从动。

这样，当三条运动链的三个驱动同时伸缩且运动规律相同时，动平台（1）则沿Y轴运动，当运动链一（2）相对于运动链二（4）和运动链三（5）运动时，动平台（1）则绕Y轴运动，当运动链二（4）相对于运动链一（2）和运动链三（5）运动时，动平台（1）则绕X轴运动。这样，通过三条运动链的配合运动，就能实现动平台绕x轴、y轴的转动及z轴方向的移动。

本发明中所描述的混联六自由度工作台具有高度柔性，对复杂曲面工件，可以不断调整自身位姿，以使工件待加工处位姿实时变化，从而达到最理想的加工效果。

本发明可以采用立姿与卧姿两种实施方式，立姿主要用于工件尺寸较小、位姿调整范围较小的情况下，卧姿主要用于工件尺寸较大、位姿调整范围较大的情况。

Claims (2)

1.一种1T2R的并联三自由度位姿调整平台，其特征是：包括动平台(1)、静平台(3)、运动链一(2)、运动链二（4）、运动链三（5），所述运动链一(2)、运动链二（4）、运动链三（5）分别竖直固定安装在静平台（3）上，且呈等腰直角三角形分布，运动链三（5）与静平台（3）的连接点为直角点；运动链一（2）固定在静平台的移动副P2通过转动副R1与固定在动平台（1）的圆柱副C1相连接；运动链二（4）固定在静平台的圆柱副C2通过转动副R2与圆柱副C3相连接，圆柱副C3通过转动副R3与动平台（1）相连接；运动链三（5）固定在静平台的移动副P1通过万向节（6）与动平台（1）相连接。

2.根据权利要求1所述的种1T2R的并联三自由度位姿调整平台，其特征是：当动平台（1）与静平台（3）保持水平时，运动链一（2）的圆柱副C1的轴线和运动链二（4）的圆柱副C3的轴线分别于万向节（6）的两个转动轴线相重合。

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