[发明专利]一种两转动一移动完全解耦并联机构

说明书

技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种并联机构。

背景技术

并联机器人机构具有空间多自由度多环闭链，和串联机构相比，并联机构具有刚度大、承载能力大、累积误差小、动态特性好、结构紧凑等特点。目前，并联机构被广泛应用于虚拟轴机床、微动操作台、各种运动模拟器、传感器等方面。

并联机构的自由度从2～6变化不等，目前，对6自由度并联机构的研究较为全面和深入，在工业中也应用的较为广泛。但少自由度并联机构结构简单，制造和控制成本较低，故在满足预期工作要求的情况下，少自由度并联机构有其独特的优势。

强耦合性是并联机构的突出特点，使并联机构具有不同于串联机构的特殊性质，比如承载能力强、累计误差小、刚度大等；也正是强耦合性使得并联机构的构型设计、分析计算、机构装配及控制系统的开发等存在很大的难度，一定程度上影响了其应用范围和使用效果。而若并联机构可实现运动完全解耦或者部分解耦，则其刚度和承载能力等仍然优于串联机构，且较耦合并联机构理论分析简洁、工作空间更大、各向同性良好、装配便捷、控制容易，可达更高的运动精度。

国家知识产权局授权的实用新型专利“一种完全解耦的一移动两转动三自由度空间并联机构”(CN201625978U),该机构包括静平台、动平台和连接动、静平台的三条分支，其各支路分别由移动副和万向铰、依次连接的两转动副和万向铰以及依次连接的转动副、万向铰和球副组成，结构较复杂，制造成本高；并且雅克比矩阵为下三角阵，故机构移动和转动之间仅为部分解耦，并非真正意义上的完全解耦，机构的控制与标定仍较困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、易于加工装配、运动解耦、容易控制、动态性能好的两转动一移动完全解耦并联机构。本发明主要包括动平台、定平台和连接这两个平台的三个分支。其中第一个分支由一个虎克铰、一个移动副和一个连杆组成，分支中连杆的一端通过移动副与定平台连接，该连杆的另一端通过虎克铰与动平台连接，虎克铰的两个轴线与移动副移动方向垂直；第二个分支由四个转动副、一个圆柱副和四个连杆组成，分支中第一个连杆的一端通过圆柱副与定平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆的一端连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆的一端连接，该第三个连杆的另一端通过转动副与第四个连杆的一端连接，该第四个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，该分支中圆柱副轴线垂直于紧邻的转动副轴线，并平行于随后两个转动副轴线，与动平台连接的转动副轴线垂直于动平台并与紧邻的转动副轴线垂直；第三个分支由三个转动副、一个圆柱副和三个连杆组成，分支中第一个连杆的一端通过圆柱副与定平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆连接，该第三个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，该分支中，圆柱副轴线垂直于定平台，并与随后两个转动副轴线平行，与动平台连接的转动副轴线垂直于紧邻的转动副轴线。上述三个分支与定平台连接的两个圆柱副轴线与移动副移动方向彼此垂直；第一、三分支与动平台连接的转动副轴线互相平行，并垂直于第二个分支与动平台连接的转动副轴线。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、加工装配性能好。

2、具有两个转动和一个移动自由度，并且机构雅克比矩阵为对角阵，各向同性良好；运动解耦，故动平台灵活性能高，容易控制，标定简单。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图A。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明的立体结构示意图B。

具体实施方式

在图1、图2和图3所示的一种两转动一移动完全解耦并联机构示意图中，第一个分支中连杆4的一端通过移动副3与定平台1连接，该连杆的另一端通过虎克铰5与动平台2连接，虎克铰的两个轴线与移动副移动方向垂直；第二个分支中的第一个连杆7的一端通过圆柱副6与定平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副8与第二个连杆9的一端连接，该第二个连杆的另一端通过转动副10与第三个连杆11的一端连接，该第三个连杆的另一端通过转动副13与第四个连杆12的一端连接，该第四个连杆的另一端通过转动副14与动平台连接，该分支中圆柱副轴线垂直于紧邻的转动副8轴线，并平行于随后两个转动副10、13轴线，与动平台连接的转动副14轴线垂直于动平台，并与紧邻的转动副13轴线垂直；第三个分支中的第一个连杆16的一端通过圆柱副15与定平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副17与第二个连杆18连接，该第二个连杆的另一端通过转动副19与第三个连杆20连接，该第三个连杆的另一端通过转动副21与动平台连接，该分支中的圆柱副轴线垂直于定平台，并与随后两个转动副17、19轴线平行，与动平台连接的转动副21轴线垂直于紧邻的转动副19轴线。上述三个分支与定平台连接的两个圆柱副轴线与移动副移动方向彼此垂直；第一、三分支与动平台连接的转动副轴线互相平行，并垂直于第二个分支与动平台连接的转动副轴线。