[发明专利]具有三移两转五自由度的非对称并联机构

说明书

技术领域  本发明属于机器人领域，特别涉及一种非对称并联机构。 

背景技术  并联机器人与串联机器人相比，具有刚度大、运动速度快、精度高等优点，在机械工业领域具有广泛的应用。而具有三个移动两个转动五自由度的并联机构可以应用于医疗机械中手术机器人，运动模拟器，并联机床等。Piccin等在2009年发表的论文(Piccin O,Bayle B,Maurin B,et al.Kinematic modeling of a 5-DOF parallel mechanism for semi-spherical workspace[J].Mechanism and Machine Theory,2009,44(8):1485-1496.)中，设计了一个五自由度并联机构用作CT环境下手术操作平台，但该机构存在奇异，在奇异位置，运动产生分岔，一种运动是三移两转，另一种运动是三转两移，所以该机构在整个连续运动中不能稳定地输出希望的三移两转运动，且该机构存在两对运动副共轴这样苛刻的几何条件，给装配制造带来了困难。专利CN 101693366A，CN 201669702U中提到了一种五自由度并联机构，但是该机构由于支链较多不仅影响了平台的运动范围，同时也增加了装配制造的时间和成本。 

发明内容  本发明的目的在于提供一种分支结构简单、加工制造方便、控制容易，输出稳定的具有三移两转五自由度的非对称并联机构。本发明包括动平台、机架和连接它们的三个并联分支，这三个并联分支有四种连接方式： 

第一种连接方式：第一分支与第二分支结构相同，从机架到动平台由五个转动副组成，这些转动副之间通过连杆连接，其中，第一个转动副轴线平行于第二个转动副轴线，第二个转动副轴线垂直于第三个转动副轴线，第三、四、五转动副轴线相互平行；第三分支中从机架到动平台依次由六个转动副组成， 其中，第一个转动副轴线、第二个转动副轴线、第三个转动副轴线交于一点，第三转动副轴线与第四转动副轴线是一般异面关系，第四个转动副轴线平行于第五个转动副轴线，第五个转动副轴线垂直于第六个转动副轴线；上述第一分支中第一个转动副轴线平行于第二分支中第一个转动副轴线，上述第一分支中第五个转动副轴线平行于第二分支中第五个转动副轴线。 

第二种连接方式：第一分支和第二分支结构相同，从机架到动平台由五个转动副组成，这些转动副之间通过连杆连接，其中，第一、二、三转动副轴线相互平行，第三个转动副轴线垂直于第四个转动副轴线，第四个转动副轴线平行于第五个转动副轴线；第三分支中从机架到动平台依次由六个转动副，其中，第一个转动副轴线、第二个转动副轴线、第三个转动副轴线交于一点，第三转动副轴线与第四转动副轴线是一般异面关系，第四个转动副轴线平行于第五个转动副轴线，第五个转动副轴线垂直于第六个转动副轴线；上述第一分支中第一个转动副轴线平行于第二分支中第一个转动副轴线，上述第一分支中第五个转动副轴线平行于第二分支中第五个转动副轴线。 

第三种连接方式：第一分支和第二分支结构相同，其中，第一转动副与机架连接，第一转动副轴线平行于第二转动副轴线，第二转动副轴线垂直于第三转动副轴线，第三转动副与第四转动副之间由一个移动副连接并且该移动副移动轴线分别垂直于第三、第四转动副轴线，第三转动副轴线平行于第四转动副轴线，第四转动副与动平台连接，上述第一、第二和第三转动副之间通过连杆连接；第三分支中从机架到动平台依次连接球副、移动副、转动副、转动副，与机架连接的球副与移动副的一端连接，该移动副的另一端与该分支第一转动副连接并且移动轴线垂直于该分支第一转动副轴线，该分支第一转动副与该分支第二转动副连接且两个转动副轴线相互垂直，第二转动副与动平台连接，上 述第一和第二转动副之间通过连杆连接；上述第一分支中第一转动副轴线平行于第二分支中第一转动副轴线，上述第一分支中第四转动副轴线平行于第二分支中第四转动副轴线。 

第四中连接方式：第一分支与第二分支结构相同，其中，与机架连接的第一转动副与第二转动副之间由一个移动副连接，且该移动副移动轴线分别垂直于第一、第二转动副轴线，第一转动副轴线平行于第二转动副轴线，第二转动副与第三转动副之间以及第三转动副与第四转动副之间通过连杆连接，第四转动副与动平台连接，上述移动副移动轴线分别垂直于第三、第四转动副轴线；第三分支的结构与第三种连接方式中第三分支的结构完全相同；上述第一分支和第二分支之间副的几何关系与第三种连接方式中第一分支和第二分支之间副的几何关系完全相同。 

所述的移动副轴线是指与移动副的运动方向平行的直线，转动副轴线是指转动副转动时所围绕转动的中心线。