[发明专利]一种四自由度全解耦并联机器人机构

说明书

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其是一种四自由度全解耦并联机器人机构。

背景技术

并联机器人机构是近几十年来机构学和机器人领域研究的热点之一。相对于串联机构，并联机构具有承载能力强、精度高、刚度大、速度响应快和自重负荷比小等优点。因此，并联机器人机构在工业机器人、并联机床、医疗机器人、微操作机器人等领域具有广阔的应用前景。早期的并联机器人机构研究大多集中于六自由度并联机构，Steward机构是典型的例子。六自由度并联机构具有较高的承载能力，能应用于运动复杂的场合。但此类机构运动学耦合性强，造成机构的有效工作空间相对较小，同时轨迹规划和控制设计也较为困难，且很多领域并不需要机构具有六个自由度。因此，近些年来少自由度并联机器人机构得到了较多的关注。

少自由度并联机器人机构具有结构简单、控制较为容易、制造成本低等特点。三自由度并联机器人机构得到了较多的研究，国际上已有多种三自由度并联机器人机构得到了实际应用，如Delta机构、Star机构、Agile Eye机构等。目前对于四、五自由度并联机器人机构得到的研究则相对较少。我国不少机构学者已设计出诸多新型并联机器人机构，并申请了相关专利，如申请号为：200610151078.9，200920032890.9，200710063054.2，200710057179.4，201010225502.6的中国专利。对于一般的并联机器人机构，其运动学耦合性都较强，导致运动学解有多组和工作空间减小，且使得机构轨迹规划和精度控制困难。因此如何设计运动学解耦性好、控制简单的并联机器人机构已成为该领域研究的新课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四自由度全解耦并联机器人机构，以解决现有的并联机器人机构的运动学解耦性差的问题。

为了解决上述问题，本发明的一种四自由度全解耦并联机器人机构采用以下技术方案：一种四自由度全解耦并联机器人机构，其特征在于：包括定平台、动平台以及连接定平台和动平台的第一分支运动链和第二分支运动链，动平台采用台面板，第一分支运动链为混合链，第二分支运动链为单开链；

第一分支运动链包括一个闭回路结构、第十一传动臂和设在第十一传动臂上的第十三转动副，闭回路结构由第一子分支运动链、第二子分支运动链和第三子分支运动链组成，第一子分支运动链从定平台至第十一传动臂依次串联有第一移动副、第二移动副及第三转动副，第一移动副与第二移动副之间通过第二传动臂连接，第二移动副与第三转动副之间通过第三传动臂连接，第一移动副的轴线、第二移动副的轴线及第三转动副的轴线两两相互垂直，它们分别与xyz坐标系的X轴、Y轴和Z轴对应平行，其中第一移动副为主动副；

闭回路结构的第二子分支运动链包括从定平台至第十一传动臂依次串联的第四移动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副及第八转动副，第四移动副与第五转动副之间通过第四传动臂连接，第五转动副与第六转动副之间通过第五传动臂连接，第六转动副与第七转动副之间通过第六传动臂连接，第七转动副与第八转动副之间通过第七传动臂连接，其中第四移动副的轴线、第五转动副的轴线、第六转动副的轴线以及第七转动副的轴线均相互平行且与第八转动副的转动轴线垂直，第一移动副的轴线与xyz坐标系中的X轴平行，第四移动副与xyz坐标系中的Y轴平行，第八转动副的轴线与第三转动副的轴线共线，其中第四移动副为主动副；

闭回路结构的第三子分支运动链包括从定平台至闭回路结构第十一传动臂依次串联的第九转动副、第十虎克铰、第十一移动副及第十二虎克铰，第九转动副与第十虎克铰之间通过第八传动臂连接，第十虎克铰与第十一移动副之间通过第九传动臂连接，第十一移动副与第十二虎克铰之间通过第十传动臂连接，其中第十虎克铰中与第八传动臂连接的转动轴与第九转动副的轴线垂直，二者中第九转动副的轴线与xyz坐标系的Z轴平行，第十二虎克铰中与第十传动臂连接的转动轴和第十虎克铰中与第九传动臂连接的转动轴互相平行，第十虎克铰中与第八传动臂连接的转动轴和第十二虎克铰中与第十一传动臂连接的转动轴互相平行，其中第九转动副为主动副； 

第一子分支运动链的第三转动副、第二子分支运动链的第八转动副以及第三子分支运动链的第十二虎克铰均通过第十一传动臂与第十三转动副连接；第三转动副与第八转动副的轴线共线且与第十三转动副的轴线垂直；第十三转动副与动平台相连；