可实现大范围移动的五自由度空间并联机构

本发明涉及并联机器人，尤其是涉及一种可实现大范围移动的五自由度空间并联机构。

背景技术：

1、随着航空航天等高端制造业领域的不断发展，对大型构件高效高精加工的需求日益迫切。现有加工模式通常包括大型机床加工和人工加工，前者开发制造成本高，且其所能提供的加工资源难以满足日益增长的需求量；后者对工人技术要求高，难以保证加工质量和一致性的要求。此外，大型构件具有整体尺寸大、加工特征分布范围广等特点，传统加工模式无法满足对该类构件侧面、顶面特征进行高效高精加工，对加工装备的可达性提出了更高要求。因此亟需开发新型加工装备，以解决该类零件的加工难题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可实现大范围移动的五自由度空间并联机构，具有大范围移动、局部精确定位和灵活空间姿态调整能力，可实现大型整体结构件侧面、顶面特征原位精细加工。

2、根据本发明实施例的可实现大范围移动的五自由度空间并联机构，包括：

3、导轨组件，所述导轨组件包括第一导轨、第二导轨和第三导轨，所述第一导轨、所述第二导轨和所述第三导轨在同一水平面内沿前后方向延伸，且所述第一导轨在左右方向上位于所述第二导轨和所述第三导轨之间；

4、主轴，所述主轴竖向设置在所述导轨组件的上方；

5、并联支链，所述并联支链包括第一支链、第二支链、第三支链、第四支链和第五支链，所述第一支链、所述第二支链、所述第三支链、所述第四支链和所述第五支链相对于所述主轴呈辐射状且并联于所述导轨组件与所述主轴之间；

6、其中，所述第一支链具有五自由度，所述第二支链、所述第三支链、所述第四支链和所述第五支链均具有六自由度；所述第一支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的一侧，所述第二支链、所述第三支链、所述第四支链和所述第五支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的另一侧；或所述第一支链、所述第四支链和所述第五支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的一侧，所述第二支链、所述第三支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的另一侧；

7、所述第一支链的上端与所述主轴的上端相连且下端与所述第一导轨相连，所述第二支链的上端与所述主轴的上端相连且下端与所述第二导轨相连，所述第三支链的上端与所述主轴的上端相连且下端与所述第三导轨相连，所述第四支链的上端与所述主轴的下端相连且下端与所述第二导轨相连，所述第五支链的上端与所述主轴的下端相连且下端与所述第三导轨相连；

8、所述第一支链、所述第二支链、所述第三支链、所述第四支链和所述第五支链共同协调驱动所述主轴，使所述主轴具有前后、左右两个摆动自由度，上下、前后两个平动自由度以及伴生有所述主轴自转的左右平动自由度。

9、根据本发明实施例的可实现大范围移动的五自由度空间并联机构，一方面，通过将并联支链和主轴安装在导轨组件上，使得并联支链可以带动主轴沿导轨组件延伸方向上的大范围移动，实现了主轴在一维方向上的大范围移动与初步定位，扩大了主轴的加工范围和可达性，可以使得本发明的并联机构具有大范围加工能力，满足目前对大型构件的加工需求；另一方面，由于并联结构具有结构紧凑、无关节误差累计、刚度性能良好等优势，因此本发明通过采用并联支链来搭载主轴，可以使得本发明具有实现局部精确的定位能力，主轴具有前后、左右两个摆动自由度，上下、前后两个平动自由度以及伴生有主轴自转的左右平动自由度，因此本发明具有灵活空间姿态调整能力，可实现位于大型构件侧面、顶面等对加工范围和可达性要求高的特征进行原位精细加工。

10、根据本发明的一些实施例，所述第一支链包括依次相连的第一上铰点、第一支杆、第一下铰点和第一滑块，所述第一上铰点与所述主轴的上端相连，所述第一上铰点为一个转动副，所述第一下铰点为一个球副，所述第一滑块与所述第一导轨滑动相连以形成一个移动副。

11、根据本发明的一些实施例，所述第一支杆包括同轴连接的第一电动推杆和第一连接杆。

12、根据本发明的一些实施例，所述第二支链包括依次相连的第二上铰点、第二支杆、第二下铰点和第二滑块，所述第二上铰点与所述主轴的上端相连，所述第二上铰点和所述第二下铰点中的一个为万向副，另一个为球副，或者所述第二上铰点和所述第二下铰点均为球副，所述第二滑块与所述第二导轨相连以形成一个移动副；

13、所述第三支链包括依次相连的第三上铰点、第三支杆、第三下铰点和第三滑块，所述第三上铰点与所述主轴的上端相连，所述第三上铰点和所述第三下铰点中的一个为万向副，另一个为球副，或者所述第三上铰点和所述第三下铰点均为球副，所述第三滑块与所述第三导轨相连以形成一个移动副；

14、所述第四支链包括依次相连的第四上铰点、第四支杆、第四下铰点和第四滑块，所述第四上铰点与所述主轴的下端相连，所述第四上铰点和所述第四下铰点中的一个为万向副，另一个为球副，或者所述第四上铰点和所述第四下铰点均为球副，所述第四滑块与所述第二导轨相连以形成一个移动副；

15、所述第五支链包括依次相连的第五上铰点、第五支杆、第五下铰点和第五滑块，所述第五上铰点与所述主轴的下端相连，所述第五上铰点和所述第五下铰点中的一个为万向副，另一个为球副，或者所述第五上铰点和所述第五下铰点均为球副，所述第五滑块与所述第三导轨相连以形成一个移动副。

16、根据本发明的一些实施例，当所述第一支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的一侧，所述第二支链、所述第三支链、所述第四支链和所述第五支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的另一侧时，所述第二导轨和所述第三导轨各为一个；

17、所述第一下铰点为三个轴线两两垂直的转动副，所述第二上铰点、所述第三上铰点、所述第四上铰点和所述第五上铰点均为三个轴线两两垂直的转动副，所述第二下铰点、所述第三下铰点、所述第四下铰点和所述第五下铰点均为两个轴线相互垂直的转动副；

18、所述第二滑块和所述第四滑块一体设计，所述第三滑块和所述第五滑块一体设计，所述第四支杆和所述第五支杆均包括同轴连接的第二电动推杆和第二连接杆。

19、根据本发明的一些实施例，当所述第一支链、所述第四支链和所述第五支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的一侧，所述第二支链、所述第三支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的另一侧时，所述第二导轨和所述第三导轨各为一个；

20、所述第一下铰点为球铰，所述第二上铰点和所述第三上铰点为球铰，所述第二下铰点和所述第三下铰点为球销副，所述第四上铰点和所述第五上铰点为三个轴线两两垂直的转动副，所述第四下铰点和所述第五下铰点为两个轴线相互垂直的转动副；

21、所述第二滑块和所述第四滑块一体设计，所述第三滑块和所述第五滑块一体设计，所述第四支杆和所述第五支杆均包括同轴连接的第三电动推杆和第三连接杆。

22、根据本发明的一些实施例，当所述第一支链、所述第四支链和所述第五支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的一侧，所述第二支链、所述第三支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的另一侧时，所述第二导轨和所述第三导轨各为一个；

23、所述第一下铰点为三个轴线两两垂直的转动副，所述第二上铰点、所述第三上铰点、所述第四上铰点和所述第五上铰点均为三个轴线两两垂直的转动副，所述第二下铰点、所述第三下铰点、所述第四下铰点和所述第五下铰点均为两个轴线相互垂直的转动副。

24、根据本发明的一些实施例，当所述第一支链、所述第四支链和所述第五支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的一侧，所述第二支链、所述第三支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的另一侧时，所述第二导轨和所述第三导轨各为一个；

25、所述第一下铰点为三个轴线两两垂直的转动副，所述第二上铰点、所述第三上铰点、所述第四上铰点和所述第五上铰点均为三个轴线两两垂直的转动副，所述第二下铰点、所述第三下铰点、所述第四下铰点和所述第五下铰点均为两个轴线相互垂直的转动副；

26、所述第二支杆、所述第三支杆、所述第四支杆和所述第五支杆均包括第四电动推杆和第四连接杆。

27、根据本发明的一些实施例，当所述第一支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的一侧，所述第二支链、所述第三支链、所述第四支链和所述第五支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的另一侧时，所述第二导轨和所述第三导轨各为两个，所述第二滑块和所述第四滑块分别对应地设置在两个所述第二导轨上，所述第三滑块和所述第五滑块分别对应地设置在两个所述第三导轨上；

28、所述第一下铰点为三个轴线两两垂直的转动副，所述第二上铰点、所述第三上铰点、所述第四上铰点和所述第五上铰点均为三个轴线两两垂直的转动副，所述第二下铰点、所述第三下铰点、所述第四下铰点和所述第五下铰点均为两个轴线相互垂直的转动副。

29、根据本发明的一些实施例，当所述第一支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的一侧，所述第二支链、所述第三支链、所述第四支链和所述第五支链在前后方向上位于所述主轴的前侧和后侧中的另一侧时，所述第二导轨和所述第三导轨各为两个，所述第二滑块和所述第四滑块分别对应地设置在两个所述第二导轨上，所述第三滑块和所述第五滑块分别对应地设置在两个所述第三导轨上；所述第一下铰点为三个轴线两两垂直的转动副，所述第二上铰点、所述第三上铰点、所述第四上铰点和所述第五上铰点均为三个轴线两两垂直的转动副，所述第二下铰点、所述第三下铰点、所述第四下铰点和所述第五下铰点均为两个轴线相互垂直的转动副；所述第二支杆、所述第三支杆、所述第四支杆和所述第五支杆均包括第五电动推杆和第五连接杆。

30、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。