本發(fā)明屬于數(shù)控制造裝備領(lǐng)域，特別是一種附加支鏈座轉(zhuǎn)動的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在宏大制造領(lǐng)域，大構(gòu)件的焊接變位、大零件或大部件的裝配對接都需要有能夠大范圍移動、能繞任意方向轉(zhuǎn)動且精度合理、承載能力強(qiáng)的裝置來協(xié)同工作。目前在大件裝配方面，常規(guī)方法是以橋式起重機(jī)、叉車等設(shè)備輔助作業(yè)，由于此類設(shè)備位置定位誤差大、沒有角度定位能力，使得作業(yè)效率低下、作業(yè)安全隱患多；在大件焊接方面，除起重機(jī)和叉車外，已有針對特定作業(yè)應(yīng)用焊接變位器的報(bào)道，但仍缺乏具有通用性好、自動化、操作簡便的輔助裝備。近年有關(guān)機(jī)器人裝配的文獻(xiàn)資料很多，但大多集中在用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行中小零件的自動裝配方面，而由于串聯(lián)機(jī)器人承載能力弱、定位誤差大，難以在大件的裝配作業(yè)中應(yīng)用?？梢姶蠹C(jī)器人裝配技術(shù)嚴(yán)重滯后，亟需定位定向準(zhǔn)確、作業(yè)范圍大、承載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、適應(yīng)能力強(qiáng)的智能化裝備。合理構(gòu)型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)利用其高剛度、高精度、多自由度可重構(gòu)的優(yōu)勢，在大件焊接、裝配等作業(yè)中大有可為。

中國專利CN105818137A公開了一種具有三維平動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，使用三個安裝于定平臺伺服電機(jī)，聯(lián)結(jié)鉸鏈兼任聯(lián)軸器同步驅(qū)動三組可伸縮支鏈，雖然解決了機(jī)構(gòu)正解的定解問題，但該機(jī)構(gòu)工作空間小，不適合大范圍工作的情形；中國專利CN103240729A公開了一種空間三平動并聯(lián)機(jī)械手，包括固定機(jī)架、動平臺以及對稱布置在固定機(jī)架與動平臺之間的三條支鏈組，每組支鏈分為近架桿和遠(yuǎn)架桿，形成空間軸對稱多連桿結(jié)構(gòu)，局限性在于剛度較差，工作空間較小。無法滿足對大工件加工的要求。中國專利CN103846649A公開了一種用于精密裝配的兩級并聯(lián)機(jī)器人裝置，該裝置由繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)和Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成，其中繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動平臺需要占用廠房里的行車向上牽引以此來實(shí)現(xiàn)定位，驅(qū)動繩索支鏈只能調(diào)整索平臺姿態(tài)，局限性在于當(dāng)裝配大工件時(shí)，固定小車的占地面積太大，而且繩索的單向受力特性，使得索平臺定位精度較差，該裝置動平臺的運(yùn)動同時(shí)限制了作業(yè)區(qū)設(shè)備的安裝和人員的操作，而且不安全。中國專利CN104117809A公布了一種車體焊接變位器，包括主動件和從動件，其局限性在于該裝置的自由度較少，用于焊接特定的工件，但不能做裝配機(jī)器人，通用性較差。德國斯圖加特大學(xué)與澳大利亞的昆士蘭大學(xué)、挪威的阿格德學(xué)院和瑞典的ABB公司聯(lián)合研究一種名為Gantry-Tau的大工作空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用定長桿組加三滑座的布局，通過規(guī)劃三滑座的運(yùn)動使動平臺從上側(cè)空間轉(zhuǎn)換到下側(cè)空間，從而比其他并聯(lián)機(jī)構(gòu)有著較大的工作空間，其中有一款立式機(jī)架的布局，聲稱可用于大工件的加工或裝配作業(yè)。但該機(jī)構(gòu)存在兩個問題：一是想要得到更大的工作空間機(jī)架就必須非常高大，而且該機(jī)構(gòu)的橫向工作范圍較小，二是動平臺在上下空間倒換的軌跡規(guī)劃異常復(fù)雜，且可通過的路徑有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種附加支鏈座轉(zhuǎn)動的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)；機(jī)架的安裝位置可以靈活變換，剛度和承載能力好且具備開式大工作空間，便于和廠房內(nèi)的人員及其他設(shè)備協(xié)同作業(yè)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，特別適合大型工件的焊接作業(yè)和裝配作業(yè)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種附加支鏈座轉(zhuǎn)動的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、第一支鏈座、第二支鏈座、第三支鏈座、第一支鏈組、第二支鏈組、第三支鏈組、動平臺；所述機(jī)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兩端；

所述轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)安裝于機(jī)架內(nèi)部，所述第一支鏈座、第三支鏈座分別與第一立柱、第二立柱內(nèi)的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)相連；所述第二支鏈座固定在底座的上端；第一支鏈組、第二支鏈組、第三支鏈組的一端分別與第一支鏈座、第二支鏈座、第三支鏈座相連，另一端均與動平臺相連；所述第一支鏈組、第二支鏈組、第三支鏈組的兩端連接均通過球鉸實(shí)現(xiàn)，從而組成空間并聯(lián)閉環(huán)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：

(1)采用開式機(jī)架的設(shè)計(jì)有利于并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較大的工作空間，同時(shí)便于其與人員及其它設(shè)備協(xié)同作業(yè)；

(2)三平動附加支鏈座轉(zhuǎn)動形成四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，解決了機(jī)構(gòu)正解定解問題，簡化了控制系統(tǒng)；

(3)采取附加轉(zhuǎn)動的設(shè)計(jì)有利于規(guī)避奇異位形，提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能與剛度，使之在大工件裝配對接作業(yè)范圍內(nèi)性能穩(wěn)定；

(4)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)將一個轉(zhuǎn)動自由度設(shè)計(jì)在機(jī)架上，這樣便于簡化動平臺上執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)架部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡圖。

圖4為本發(fā)明并聯(lián)機(jī)構(gòu)動平臺立體結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明虎克鉸附加轉(zhuǎn)動副式球鉸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明虎克鉸附加轉(zhuǎn)動副式球鉸機(jī)構(gòu)簡圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1-6對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明：

結(jié)合圖1，一種附加支鏈座轉(zhuǎn)動的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架1、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)2、第一支鏈座3、第二支鏈座4、第三支鏈座5、第一支鏈組6、第二支鏈組7、第三支鏈組8、動平臺9；所述機(jī)架1包括底座1-1、第一立柱1-2、第二立柱1-3；所述第一立柱1-2、第二立柱1-3固定在底座1-1的兩端；

所述轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)2安裝于機(jī)架1內(nèi)部，用于帶動第一支鏈座3和第三支鏈座5同步轉(zhuǎn)動；所述第一支鏈座3、第三支鏈座5分別與第一立柱1-2、第二立柱1-3內(nèi)的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)2相連；所述第二支鏈座4固定在底座1-1的上端；第一支鏈組6、第二支鏈組7、第三支鏈組8的一端分別與第一支鏈座3、第二支鏈座4、第三支鏈座5相連，另一端均與動平臺9相連；所述第一支鏈組6、第二支鏈組7、第三支鏈組8的兩端連接均通過球鉸實(shí)現(xiàn)，從而組成空間并聯(lián)閉環(huán)結(jié)構(gòu)。

結(jié)合圖2，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述底座1-1為六面體腔體結(jié)構(gòu)，上端中部兩端對稱的設(shè)有第一立柱1-2和第二立柱1-3；所述第一立柱1-2和第二立柱1-3結(jié)構(gòu)相同，均為四面體腔體結(jié)構(gòu)；所述第一立柱1-2安裝第一支鏈座3和第二立柱1-3安裝第三支鏈座5的端面相對，兩個端面均為矩形且與底座1-1的上端面的夾角均大于90度；兩個主立柱上安裝支鏈座相對的另一端面垂直于底座1-1，另外兩個端面均為三角形結(jié)構(gòu)；

結(jié)合圖3，所述轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)2為單自由度同步轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，包括第一蝸桿蝸輪副2-1、第一傳動軸2-2、第一錐齒輪副2-3、轉(zhuǎn)動輸入軸2-4、第二錐齒輪副2-5、第二傳動軸2-6、第二蝸桿蝸輪副2-7；

所述第一蝸桿蝸輪副2-1與第二蝸桿蝸輪副2-7結(jié)構(gòu)相同，分別安裝于第一立柱1-2、第二立柱1-3的腔體內(nèi)部，第一蝸桿蝸輪副2-1與第二蝸桿蝸輪副2-7的蝸輪軸線在同一條直線上、蝸桿軸線平行且位于蝸輪軸線的同一側(cè)；所述第一傳動軸2-2的上端與第一蝸桿蝸輪副2-1的蝸桿相連、下端與第一錐齒輪副2-3的從動錐齒輪相連；所述第二傳動軸2-6的上端與第二組蝸桿蝸輪副2-7的蝸桿相連、下端與第二對錐齒輪2-5的從動錐齒輪相連；所述第一錐齒輪副2-3和第二錐齒輪副2-5均安裝在底座1-1內(nèi)部；兩個錐齒輪副的模數(shù)和減速比完全相同、布設(shè)方向相同；兩對錐齒輪副的主動輪分別安裝在轉(zhuǎn)動輸入軸2-4的兩端；

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，轉(zhuǎn)動從輸入軸2-4的一端傳入；

在一些實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)動從輸入軸2-4的中間位置傳入；當(dāng)轉(zhuǎn)動輸入軸2-4轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動第一錐齒輪副2-3和第二錐齒輪副2-5的從動齒輪轉(zhuǎn)動相同角度；

在另一些實(shí)施方式中，所述轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)2使用主動帶輪同步驅(qū)動兩個從動帶輪代替錐齒輪副，兩個從動帶輪分別與第一傳動軸2-2和第二傳動軸2-6相連，從而主動帶輪可以同時(shí)帶動第一傳動軸2-2和第二傳動軸2-6的轉(zhuǎn)動。

通過傳動軸2-2和2-6分別帶動第一蝸桿蝸輪副2-1和第二蝸桿蝸輪副2-7上的蝸桿轉(zhuǎn)動同樣的角度，從而帶動兩蝸輪同步轉(zhuǎn)動，即轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)2帶動第一支鏈座3和第三支鏈座5同步轉(zhuǎn)動。

所述第一支鏈座3與第三支鏈座5結(jié)構(gòu)相同，均由與蝸輪盤相連的圓柱形結(jié)構(gòu)和與支鏈相連的矩形平板結(jié)構(gòu)構(gòu)成；所述第一支鏈座3與第三支鏈座5上分別設(shè)有與第一支鏈組6相連的兩個鉸鏈孔和與第三支鏈組8相連的兩個鉸鏈孔；所述第一支鏈座3與第三支鏈座5分別位于第一立柱1-2和第二立柱1-3的相對面的頂端；所述第一支鏈座3與第三支鏈座5的轉(zhuǎn)動軸線共線；所述第二支鏈座4為矩形平板結(jié)構(gòu)，第二支鏈座4上端設(shè)有連接第二支鏈組7的兩個鉸鏈孔；兩孔的孔心連線與第一支鏈座3和第三支鏈座5的轉(zhuǎn)動軸線均平行。

在一些實(shí)施方式中，所述第一支鏈座3上與第一立柱1-2相連的圓柱形結(jié)構(gòu)的軸線、第一支鏈座3上與第一支鏈組6相連的矩形平板結(jié)構(gòu)的平面，形成的夾角為120°；在平行于底座1-1方向上，第一支鏈座3上與第一支鏈組6相連的矩形平板結(jié)構(gòu)的中心線、第一支鏈座3上的鉸鏈孔的孔心連線，形成的夾角為71°；同理，第三支鏈座5的位置安裝關(guān)系與第一支鏈座3相對底座1-1對稱；

在一些實(shí)施方式中，所述第一支鏈座3與第一支鏈組6相連的矩形平板結(jié)構(gòu)、第三支鏈座5與第三支鏈組8相連的矩形平板結(jié)構(gòu)，與底座1-1形成的內(nèi)側(cè)夾角均為120°。

所述第一支鏈組6、第二支鏈組7、第三支鏈組8結(jié)構(gòu)相同，每組支鏈組均由兩個結(jié)構(gòu)相同的伸縮桿組成；伸縮桿的兩端均為球鉸；伸縮桿的內(nèi)部采用的滾珠絲杠傳動，每組支鏈的兩個伸縮桿在機(jī)構(gòu)中始終保持平行且等長，每組支鏈采用一個伺服電機(jī)同步驅(qū)動兩根伸縮桿；

結(jié)合圖5、圖6，作為對上述實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述球鉸是一種經(jīng)過改進(jìn)的虎克鉸，通過在傳統(tǒng)虎克鉸的底座上增加一個轉(zhuǎn)動副來代替普通球鉸，轉(zhuǎn)動范圍可達(dá)-70°—70°。

在一些實(shí)施方式中，每組支鏈采用兩個伺服電機(jī)同步驅(qū)動兩根伸縮桿。

結(jié)合圖3，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述動平臺9為六面體腔體結(jié)構(gòu)，各端面均為矩形機(jī)構(gòu)；動平臺9上與第一支鏈組6相連的一端設(shè)有第一鉸鏈孔9-1、第二鉸鏈孔9-2，兩孔孔心連線與第一支鏈座3上的孔心連線平行且孔距相等；動平臺9上與第三支鏈組8相連的一端設(shè)有第五鉸鏈孔9-5、第六鉸鏈孔9-6；兩孔孔心連線與第三支鏈座5上的孔心連線平行且孔距相等；動平臺9下端設(shè)有與第二支鏈組7相連的第三鉸鏈孔9-3、第四鉸鏈孔9-4，兩孔的孔心連線與第二支鏈座4的孔心連線平行且孔距相等；動平臺9的上端面用于安裝諸如兩軸回轉(zhuǎn)工作臺、卡盤、機(jī)械手等附件。

所述動平臺9上與第一支鏈組6相連的一端與第一支鏈座3上與第一支鏈組6相連的一端平行；動平臺9上與第三支鏈組8相連的一端與第三支鏈座5上與第三支鏈組8相連的一端平行；

在本發(fā)明中，在平行于底座1-1方向上，第一支鏈座3與第一支鏈組6相連的矩形平板結(jié)構(gòu)的中心線、第一支鏈座3上的鉸鏈孔的孔心連線，形成的夾角可做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；

所述第一支鏈座3與第一立柱1-2相連的圓柱形結(jié)構(gòu)的軸線、第一支鏈座3與第一支鏈組6相連的矩形平板結(jié)構(gòu)的平面，形成的夾角在保證：動平臺9上與第一支鏈組6相連的一端與第一支鏈座3上與第一支鏈組6相連的一端平行；動平臺9上與第三支鏈組8相連的一端與第三支鏈座5上與第三支鏈組8相連的一端平行的情況，可做角度的調(diào)整；

由于本發(fā)明中三平動附加支鏈座轉(zhuǎn)動形成四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，解決了機(jī)構(gòu)正解定解問題，簡化了控制系統(tǒng)，將一個轉(zhuǎn)動自由度設(shè)計(jì)在機(jī)架上，這樣便于簡化動平臺上執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)；

本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，做出的相關(guān)變形，均屬于發(fā)明保護(hù)范圍。