一種三自由度位姿調整平臺的製作方法

2023-04-26 04:23:11

專利名稱：一種三自由度位姿調整平臺的製作方法
技術領域：
本實用新型公開了一種三自由度位姿調整平臺，實現對曲面工件位置與姿態的自動調整，以達到最理想的加工位姿，特別針對非常規曲面零件的加工，如:用於航空發動機葉片或汽輪機葉片的雷射強化過程中葉片位置與姿態的調整。本實用新型設計提出了通過並聯機構實現1T2R三自由度調整的具有很好解耦性的位姿調整平臺。
背景技術：
1965年Stewart提出的Stewart平臺由上下平臺及6根驅動杆組成,驅動杆可以獨立地伸縮，且分別通過由球鉸鏈與上下平臺連接，這樣，上平臺具有6個自由度。隨著對各種並聯機構研究的不斷深入，人們將凡是把上下平臺通過兩個或兩個以上支鏈相連接，機構具有兩個或兩個以上自由度，且驅動方式為並聯驅動的機構統稱為並聯機構。相對於傳統的串聯式機構而言，並聯機構具有承載能力大、剛度高、運動速度快、精度高、動力學性能好等優點，可應用於加工中心、分揀機構、醫療輔助器械等領域。由於結構的限制，6自由度並聯機構有許多技術問題沒能很好解決，如運動耦合性強、運動學正解複雜、工作空間小、傳動特性差等。少自由度並聯機器人機構在工業生產中具有廣闊的應用前景，不少學者研究了多種該類型的機構，尤其是三自由度並聯機構，例如，專利文獻「具有不同結構驅動分支的三自由度並聯機器人機構」(公開號CN101244560A)和「基於三自由度並聯機構的六自由度並串聯位姿測量機」(公開號CN1393321A)分別提出了兩種不同的並聯機構，理論上也都可以達到預定的效果，但是機構具有很強的耦合性，在實際生產應用中很難實現有效的控制；又例如專利文獻，"3自由度結構解耦並聯微動機器人」(專利號:ZL00100198.1)和「可重組模塊化3-6自由度結構解耦並聯微動機器人」(公開號CN1377757A)報導了在並聯解耦研究的進展情況，但這些並聯機構僅適用於微動領域，原因是其解耦是近似的，且隨著工作空間的加大，各驅動單元之間的藕合度會隨之相應增加，這就意味著該並聯解耦機構的實際工作空間僅為幾微米；換言之，為了保持輸入輸出之間的近似解耦關係，必須限制該並聯解耦機構用於一定範圍的微動操作，否則就是非解耦的，因此該項技術仍具有瞬時解耦的特點，本質上也屬於瞬時解耦。所以，在目前為止，解耦性好，同時工作空間大，承載力好的一平移兩轉動的三自由度並聯平臺尚未見報導，現有的位姿調整平臺，只能通過簡單的人為控制實現三個方向X、1、z向的位置平移，無法實現對複雜曲面的3D形狀產品的空間姿態調整，更談不上自動化調整。本實用新型提出的三自由度位姿調整平臺繼承了傳統並聯機器人剛度重量比大、承載能力強、定位精度高、累積誤差小、動態性能好、結構緊湊等優點，同時又具備良好的解率禹性能，控制更加容易實現。
發明內容為了彌補現有技術中工件位姿調整平臺性能的缺陷，本實用新型提供了一種可以實現1T2R空間位姿調整的解耦性好的工作檯，能夠有效地解決複雜曲面工件空間位姿調整問題。本實用新型是通過以下技術方案實現的:研製一種用於曲面工件位姿調整的1T2R並聯三自由度平臺，它可以實現沿Z軸的位置移動及繞X、Y軸的姿態轉動。三自由度位姿調整平臺包括動平臺、靜平臺、運動鏈一、運動鏈二、運動鏈三，所述運動鏈一、運動鏈二、運動鏈三分別豎直固定安裝在靜平臺上，且呈等腰直角三角形分布，運動鏈三與靜平臺的連接點為直角點；運動鏈一固定在靜平臺的移動副P2通過轉動副Rl與固定在動平臺的圓柱副Cl相連接；運動鏈二固定在靜平臺的圓柱副C2通過轉動副R2與圓柱副C3相連接，圓柱副C3通過轉動副R3與動平臺相連接；運動鏈三固定在靜平臺的移動副Pl通過萬向節與動平臺相連接；在裝配是的初始位置保證當動平臺與靜平臺保持水平時，運動鏈一的圓柱副Cl的軸線和運動鏈二的圓柱副C3的軸線分別於萬向節的兩個轉動軸線相重合。本實用新型的有益效果是:該三自由度位姿調整平臺很好地解決了現役傳統平臺機構姿態無法調整，無法自動定位等問題，並能夠實現大型非常規曲面零件在強化工序中姿態、位移的調整，使得零件全部待加工位置得到最理想的加工效果。本專利描述的1T2R並聯三自由度位姿調整平臺各運動鏈的解耦性好，且因為主動件與靜平臺固定，使得轉動慣量小，保證各運動鏈運動時沒有積累誤差，具有結構緊湊、承載能力大、動態響應迅速、定位精度高、易於控制、成本低廉等優點。

圖1為1T2R並聯三自由度位姿調整平臺結構示意圖一。圖2為1T2R並聯三自由度位姿調整平臺結構示意圖二。圖3為1T2R並聯三自由度位姿調整平臺結構簡圖。圖中，1，動平臺；2，運動鏈一 ；3，靜平臺；4，運動鏈二 ；5，運動鏈三；6萬向節。
具體實施方式
本實用新型中所提及的三自由度位姿調整平臺由動平臺(I)、靜平臺(3)、運動鏈一 (2)、運動鏈二(4)、運動鏈三(5)組成，它可以實現工件沿Z軸的位置平移及繞X、Y軸的姿態轉動。其中，運動鏈一(2)、運動鏈二(4)、運動鏈三(5)分別豎直固定安裝在靜平臺(3)上，且呈等腰直角三角形分布，圖1中，A0=B0，Z AOB為直角；運動鏈一(2)固定在靜平臺的移動副P2通過轉動副Rl與固定在動平臺(I)的圓柱副Cl相連接；運動鏈二(4)固定在靜平臺的圓柱副C2通過轉動副R2與圓柱副C3相連接，圓柱副C3通過轉動副R3與動平臺
(I)相連接；運動鏈三(5)固定在靜平臺的移動副Pl通過萬向節(6)與動平臺(I)相連接，且在裝配是的初始位置保證當動平臺(I)與靜平臺(3)保持水平時，運動鏈一(2)的圓柱副Cl的軸線和運動鏈二(4)的圓柱副C3的軸線分別於萬向節(6)的兩個轉動軸線相重合。在本實用新型中，三條運動鏈都為主動運動鏈，運動鏈一(2)和運動鏈三(5)的驅動分別為移動副P2和Pl ;運動鏈二(4)的驅動為圓柱副C2，但是只提供沿Z軸方向的驅動，繞Z軸方向的轉動則為從動。這樣，當三條運動鏈的三個驅動同時伸縮且運動規律相同時，動平臺(I)則沿Y軸運動，當運動鏈一(2)相對於運動鏈二(4)和運動鏈三(5)運動時，動平臺(I)則繞Y軸運動，當運動鏈二( 4)相對於運動鏈一(2 )和運動鏈三(5 )運動時，動平臺(I)則繞X軸運動。這樣，通過三條運動鏈的配合運動，就能實現動平臺繞X軸、y軸的轉動及z軸方向的移動。本實用新型中所描述的混聯六自由度工作檯具有高度柔性，對複雜曲面工件，可以不斷調整自身位姿，以使工件待加工處位姿實時變化，從而達到最理想的加工效果。本實用新型可以採用立姿與臥姿兩種實施方式，立姿主要用於工件尺寸較小、位姿調整範圍較小的情況下，臥姿主要用於工件尺寸較大、位姿調整範圍較大的情況。
權利要求1.一種三自由度位姿調整平臺，其特徵是:包括動平臺(I)、靜平臺(3)、運動鏈一(2)、運動鏈二(4)、運動鏈三(5)，所述運動鏈一(2)、運動鏈二(4)、運動鏈三(5)分別豎直固定安裝在靜平臺(3)上，且呈等腰直角三角形分布，運動鏈三(5)與靜平臺(3)的連接點為直角點；運動鏈一(2)固定在靜平臺的移動副P2通過轉動副Rl與固定在動平臺(I)的圓柱副Cl相連接；運動鏈二(4)固定在靜平臺的圓柱副C2通過轉動副R2與圓柱副C3相連接，圓柱副C3通過轉動副R3與動平臺(I)相連接；運動鏈三(5)固定在靜平臺的移動副Pl通過萬向節(6)與動平臺(I)相連接。
2.根據權利要求1所述的三自由度位姿調整平臺，其特徵是:當動平臺(I)與靜平臺(3)保持水平時，運動鏈一(2)的圓柱副Cl的軸線和運動鏈二(4)的圓柱副C3的軸線分別於萬向節(6)的兩個轉動軸線相重合。
專利摘要一種三自由度位姿調整平臺，屬於機械領域。本實用新型包括動平臺(1)、靜平臺(3)、運動鏈一(2)、運動鏈二(4)、運動鏈三(5)，該裝置能夠有效地解決非常規曲面工件加工過程中，傳統工作平臺無法自動調整空間位姿，無法自動定位或定位不精確等問題，使得工件位姿實時調整，以達到最好的加工效果。該工作檯且具有解耦性好、工作時轉動慣量小、承載能力大、動態響應迅速、定位精度高、易於控制、成本低廉等優點。
文檔編號G12B5/00GK202996309SQ20122048412
公開日2013年6月12日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者楊啟志, 訾鵬飛, 莊佳奇, 曹電峰, 尹小琴, 謝俊 申請人:江蘇大學