全域恒平衡重載六自由度并聯機構的制作方法

本發明涉及一種并聯機構，特別是一種重載并聯機構。

背景技術：

并聯機構因其定位精度高、剛度高和承載能力強等優點，得到了廣泛的應用。六自由度并聯機構由于其可實現空間三維運動，因此被廣泛應用于各種模擬運動，如飛機、坦克、艦船等的運動仿真。現有大型六自由度并聯機構的驅動機構部分大多采用電動缸或液壓缸控制，電動缸精度高，可靠性好，維護和操作方便，成本低，但不能承受重載，液壓系統承載能力強，但液壓系統比較復雜，使用維修比較困難。

為了提高并聯機構的承載能力，專利200820004705.0公開了一種大負載六自由度電動平臺，采用電動缸進行驅動，氣缸進行輔助支撐，氣缸一端通氣另一端懸空，通過控制進氣壓力可平衡負載和上平臺部分重力，但由于氣缸隨上平臺運動而被動運動，由氣缸推力產生除沿豎直方向外其他方向的分力(或力矩)會導致電動缸負載的增加。專利201310651676.2公開了一種電液伺服驅動的重載六自由度并聯平臺，采用六個液壓缸進行驅動，具有較高的承載能力，當上平臺運動時，需根據上平臺位姿實時調節液壓系統的輸出力以平衡負載和上平臺重力，對控制具有較高的要求。專利201310282798.9公開了一種帶有平衡機構的六自由度重載靜平衡并聯運動模擬平臺機構，該機構采用六個電動缸，三個平衡缸，平衡缸用以平衡負載和運動平臺部分重力，電動缸用以平衡負載和運動平臺剩余重力和驅動運動平臺和負載實現給定運動。平衡缸的存在，減小了電動缸的負載，提高了該機構的承載能力，但該機構在整個工作空間各個位姿下，即全域內卻不具有恒定的承載能力，即在全域內平衡機構所能平衡的負載和運動平臺的重力隨運動平臺所處位姿不同而不同。若想在全域內平衡給定的負載和運動平臺的重力，則需根據運動平臺的位姿實時調節平衡缸的推/拉力。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種承載能力強、定位精度高、控制簡單的全域恒平衡重載六自由度并聯機構。

本發明包括運動平臺、固定平臺、承重平臺、六條結構完全相同的驅動分支和三條結構完全相同的承重分支。六條驅動分支連接運動平臺和固定平臺，構成并聯驅動機構，三條承重分支連接承重平臺和固定平臺，構成并聯平衡機構。

所述六條驅動分支中由電動缸驅動構成的第一移動副的一端通過第一球鉸與運動平臺連接，另一端通過第一萬向鉸與固定平臺連接，上述六個第一球鉸中心點連線構成半對稱六邊形，上述六個第一萬向鉸中心點連線構成正六邊形，六個第一球鉸中心點連線構成的半對稱六邊形的各邊與六個第一萬向鉸中心點連線構成的正六邊形的各邊對應平行。

所述三條承重分支包括第一連桿、第二連桿、滑塊、第二移動副、第一轉動副、第二萬向鉸、第二轉動副和三組導軌，其中對稱布置的三組導軌固定在固定平臺上，導軌與固定平臺之間成固定夾角，第一連桿的一端通過第二轉動副與承重平臺連接，第一連桿的另一端通過第二萬向鉸與第二連桿的一端連接，第二連桿的另一端通過第一轉動副與滑塊連接，滑塊通過第二移動副與上述三組導軌滑動連接，上述三個第二轉動副中心點連線構成正三角形，上述承重平臺中心通過第二球鉸與運動平臺連接，第二球鉸由三個軸線相互垂直且匯交于一點的轉動副構成。

上述第一萬向鉸由第三轉動副和第四轉動副構成，第三轉動副和第四轉動副軸線垂直相交，第三轉動副平行于固定平面；上述第二萬向鉸由第五轉動副和第六轉動副構成，第五轉動副和第六轉動副軸線垂直相交，上述第一轉動副、第六轉動副、第二轉動副和第二移動副平行，上述三組導軌分別包含兩條平行導軌，兩條導軌之間設有平衡液壓缸或平衡氣缸，并與導軌平行，平衡液壓缸或平衡氣缸尾部通過鉸鏈連接固定在固定平臺上，平衡液壓缸或平衡氣缸伸縮桿端部通過螺紋連接固定在第二移動副上。

電動缸主要用來控制運動平臺的動作，使得運動平臺在三維空間的運動位置更精確。平衡液壓缸或平衡氣缸通過平衡機構給運動平臺作用一個豎直向上的力以平衡負載和運動平臺部分或全部重力，工作過程中平衡液壓缸或平衡氣缸的推力由蓄能器保持。

本發明與現有技術相比有如下優點：

平衡機構具有三個移動自由度，當選取移動副作為主動輸入時，其雅克比矩陣恒定。因此，在運動初始，調節平衡液壓缸或平衡氣缸輸出力，通過平衡機構給運動平臺作用于一個豎直向上的力以平衡負載和運動平臺部分或全部重力，在運動過程中再無須隨運動平臺所處位姿不同而實時調節平衡機構的輸入力就可平衡最初平衡機構所能平衡的那一部分負載和運動平臺的重力。該機構實現了在全域內各個位姿下都具有恒定重力平衡性能的目的，這為具有平衡特性的重載并聯機器人實時控制帶來了便利。

附圖說明

圖1是本發明的主視圖；

圖2是本發明中并聯驅動機構的主視圖；

圖3是本發明中并聯平衡機構的主視圖；

圖4是本發明的俯視圖；

圖5是本發明中平衡機構的俯視圖。

具體實施方式

在圖1-圖3所示的本發明全域恒平衡重載六自由度并聯機構示意圖中，六條結構相同的驅動分支連接運動平臺7和固定平臺1，構成并聯驅動機構，三條結構相同的承重分支連接承重平臺9和固定平臺構成并聯平衡機構。

所述六條驅動分支中由電動缸驅動5構成的第一移動副的一端通過第一球鉸6與運動平臺連接，另一端通過第一萬向鉸2與固定平臺連接，如圖4所示，上述六個第一球鉸中心點連線構成半對稱六邊形，上述六個第一萬向鉸中心點連線構成正六邊形，六個第一球鉸中心點連線構成的半對稱六邊形的各邊與六個第一萬向鉸中心點連線構成的正六邊形的各邊對應平行；

所述三條承重分支中對稱布置的三組導軌18固定在固定平臺上，導軌與固定平臺之間成固定夾角，第一連桿11的一端通過第二轉動副10與承重平臺連接，第一連桿的另一端通過第二萬向鉸12與第二連桿15的一端連接，第二連桿的另一端通過第一轉動副16與滑塊17連接，滑塊通過第二移動副與上述三組導軌滑動連接。如圖5所示，上述三個第二轉動副中心點連線構成正三角形，上述承重平臺中心通過第二球鉸8與運動平臺連接，第二球鉸由三個軸線相互垂直且匯交于一點轉動副構成。

上述第一萬向鉸由第三轉動副3和第四轉動副4構成，第三轉動副和第四轉動副軸線垂直相交，第三轉動副平行于固定平面；上述第二萬向鉸由第五轉動副13和第六轉動副14構成，第五轉動副和第六轉動副軸線垂直相交，上述第一轉動副、第六轉動副、第二轉動副和第二移動副平行，上述三組導軌分別包含兩條平行導軌，兩條導軌之間設有平衡液壓缸19，并與導軌平行，平衡液壓缸尾部通過鉸鏈連接固定在固定平臺上，平衡液壓缸伸縮桿端部通過螺紋連接固定在第二移動副上。

技術特征：

技術總結
一種全域恒平衡重載六自由度并聯機構，其包括運動平臺、固定平臺、承重平臺、六條結構完全相同的驅動分支和三條結構完全相同的承重分支。六條驅動分支連接運動平臺和固定平臺，構成并聯驅動機構，三條承重分支連接承重平臺和固定平臺，構成并聯平衡機構，承重平臺中心通過第二球鉸與運動平臺連接。上述六條驅動分支為UPS結構，由電動缸、第一萬向鉸和第一球鉸組成。上述三條承重分支為PRUR結構，由平衡液壓缸或平衡氣缸、第一轉動副、第二萬向鉸和第二轉動副組成。本發明在保持平衡機構的輸入力恒定不變的情況下，在整個工作空間各個位姿，即全域內具有恒定的重力平衡性能，其承載能力強，定位精度高，控制簡單。

技術研發人員：趙延治;楊偉;梁博文
受保護的技術使用者：燕山大學
技術研發日：2017.05.05
技術公布日：2017.08.18