[发明专利]完全解耦的一移动两转动三自由度并联机构

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人技术领域的装置，具体是一种完全解耦的一移动两转动三自由度并联机构。

背景技术

并联机构为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。和串联机器人相比较，并联机器人具有以下优点：（1）无累积误差，精度较高；（2）驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；（3）结构紧凑，刚度高，承载能力大；根据这些特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用。而少自由度并联机构相对于6自由度并联机构来说，又具有结构简单、造价低、运动学求解相对简单、输入少且控制较易实现等特点。因此少自由度并联机构在工业机器人、虚轴数控机床、飞机运动模拟器以及医用机器人等领域具有广泛的应用前景。

对于并联机构来说，其机构运动学耦合性一般比较强，如著名的Delta机构，该机构由12个球铰、三个转动副和14个杆件组成，结构较为复杂，运动学求解繁琐。对于其他三自由度空间并联机构，特别是一移动二转动的并联机构如3-PRS、3-RPS、3-RRS等并联机构，其不能实现动平台纯转动输出，即在绕某轴转动的同时必然产生伴随的移动，故其耦合性较强，运动求解较复杂，设计加工也较复杂。

因此，设计结构简单，能实现动平台纯转动输出、运动解耦性好而易于控制的一移动两转动并联机构是实际工程应用的迫切需要。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN202292114，公开日2012-07-04，记载了一种具有两条垂直交错转轴的三自由度并联机构，包括动平台、机架及三个分支；其特征在于第一分支和第二分支串接有万向铰、移动副、连杆和转动副；第三分支串接有转动副、移动副、连杆和万向铰；第一分支和第二分支的万向铰的外部转轴轴线共线且平行于第三分支的转动副轴线；第一分支的万向铰的内部转轴轴线、转动副轴线与第二分支的万向铰的内部转轴轴线、转动副轴线相互平行且垂直于第一分支和第二分支的万向铰的外部转轴轴线；第三分支中，万向铰第一根转轴轴线平行于转动副轴线；万向铰第二根转轴轴线平行于第一分支和第二分支的转动副轴线。但该技术要求某两个万向副的某一转轴必须共线，从而使得安装难度增大；以不与机架直接相连的移动副作为主动副，增加了机构运动所需的惯性力，从而使得机构的输入力或力矩增大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种完全解耦的一移动两转动三自由度并联机构，该机构在实现动平台的纯转动输出的同时，即在动平台绕某轴转动的同时不会产生伴随的移动。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：动平台及分别由三个分支连接的三个静平台，其中：

第一分支包括：依次由连杆相连的第一一转动副、第一二转动副、第一三转动副和第一四转动副，其中：第一一转动副与第一静平台相连，第一四转动副与动平台相连，第一二转动副、第一三转动副和第一四转动副的转轴相互平行且与第一一转动副的转轴垂直；

第二分支包括：依次由连杆相连的第二一转动副、第二二转动副和第二万向铰，其中：第二一转动副与第二静平台相连，第二万向铰与动平台相连，第二一转动副、第二二转动副的转轴及第二万向铰的第二二转轴均相互平行。

所述的第一分支的第一四转动副的转轴与第二分支的第二万向铰的第二一转轴相平行。

所述的第三分支采用以下两种中的任意一种结构：

a）该第三分支包括：依次由连杆相连的第三一转动副、第三二转动副和第三万向铰，其中：第三一转动副与第三静平台相连，第三万向铰与动平台相连，第三一转动副、第三二转动副和第三万向铰的第三二转轴均相互平行。

b）该第三分支包括：由连杆依次连接的第一球铰副、移动副和第二球铰副，其中：第一球铰副与第三静平台相连，第二球铰副与动平台相连。

当采用方案a时，所述的第三分支的第三万向铰的第三二转轴与第二分支的第二万向铰的第二二转轴相互平行，第三万向铰的第三一转轴与第二万向铰的第二一转轴为共线设置。

动平台可实现空间内的两个转动自由度和一个移动自由度；其中一个转动自由度是动平台可绕第一分支的第一一转轴的轴线转动，另一个转动自由度是动平台可绕第二分支的第二万向铰的的第二一转轴转动；移动自由度是动平台可沿第一分支的第一一转动副的轴线与第二分支的第二一转动副的轴线的公垂线方向移动。