[发明专利]一种两移一转三自由度完全解耦空间并联机构

说明书

技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间并联机构。

背景技术

并联机构具有承载力大、刚度高、运动速度快、累积误差小、动力学性能好等优点，故其在运动模拟器、力传感器、卫星天线、医疗器械和食品包装中得到了广泛应用。

由于结构的限制，并联机构运动耦合性强这一问题没有很好解决。并联机构强耦合性的存在使得机构在机构设计、计算分析和运动控制等方面存在着诸多问题。因此，为简化并联机构的控制过程，提高并联机构的解耦性已经成为机构学研究领域的热点问题。

在三自由度并联机构研究中，对于两移一转三自由度并联机构的解耦性研究取得一些进展，例如，中国专利文献CN102688853A提出了一种三自由度并联机构茶叶筛分机，该机构的三条振动链互不干涉，完全解耦，提高了茶叶的筛分效率；中国专利公开号为CN102431027A提出一种两移一转三自由度解耦空间并联机构，该机构的三个自由度运动完全解耦，并且两个移动自由度的方向与定平台平面平行，而转动自由度的轴线与定平台平面垂直。此外，中国专利文献CN102922310A也提出了一种2T1R三自由度空间并联机构。上述发明机构虽然机构动平台能实现两移一转运动，但是该类机构十分稀少，大部分机构的解耦性并没有很好解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、易于控制、输入输出完全解耦的两移一转三自由度完全解耦空间并联机构。

本发明包括定平台、动平台以及连接这两个平台的三个分支，其中定平台为长方形结构，该定平台的相邻两边设有滑轨，两滑轨的中心线相互垂直且均与定平台底面平行，动平台为三角形结构；分支一由一个移动副和三个转动副以及连接它们的三个连杆组成；分支二由四个转动副和连接它们的三个连杆组成；分支三由一个移动副和四个转动副以及连接它们的四个连杆组成。

其中，分支一中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接；分支二中的第一连杆通过转动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与L型的第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与L型的第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接；分支三中的第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与第四连杆的一端连接，该第四连杆的另一端通过转动副与动平台连接。

在分支一中，移动副的移动方向和三个转动副的轴线平行；在分支二中，除与定平台连接的转动副外，其它三个转动副的轴线平行，且与和定平台连接的转动副的轴线垂直；在分支三中，移动副的移动方向和除与动平台连接的三个转动副的轴线平行，且与和动平台连接的转动副的轴线垂直。

上述三个分支中分别与定平台连接的两个移动副和一个转动副为各分支的输入运动副。两个移动副的移动方向垂直，其中一个移动副的移动方向和转动副的轴线平行，另一个移动副的移动方向和转动副的轴线垂直，且三个输入运动副均平行于定平台。分支一和分支三与动平台连接的转动副的轴线，始终与动平台平行，分支二与动平台连接的转动副的轴线垂直于动平台。

上述分支一中，第一连杆在移动副的驱动下发生移动，并带动第二连杆发生移动，第二连杆又带动第三连杆发生移动，最终经第三连杆的移动带动动平台发生移动；分支二中，第一连杆在第一转动副驱动下发生转动，并带动第二连杆发生转动，第二连杆又带动第三连杆发生转动，最终经第三连杆的转动带动动平台发生转动；分支三中，第一连杆在移动副的驱动下发生移动，并带动第二连杆发生移动，第二连杆又带动第三连杆发生移动，最终经第四连杆的移动带动动平台发生移动；且这三个方向的两个移动和一个转动运动是解耦的，互不干涉。

上述分支一中与定平台连接的移动副和最近的第一个转动副能够用一个与转动副轴线平行的圆柱副代替；上述分支二中与定平台连接最近的两个转动副能够用一个虎克铰代替；上述分支三中与定平台连接的移动副和最近的第一个转动副能够用一个与转动副轴线平行的圆柱副代替，与动平台连接最近的两个转动副能够用一个虎克铰代替。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、结构简单，运动副均为低副，可以降低制造成本；

2、实现了空间两个移动自由度和一个转动自由度完全解耦；