[发明专利]三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人机构领域，特别是涉及到了一种具有两转一移三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构。

背景技术

并联机构又称并联机器人，是近年来机构学和机器人领域研究的热点之一。相对于传统串联机构，并联机构具有刚度大、承载能力强、误差累计小、动态性能好、结构紧凑等优点，近年来被广泛应用于众多技术领域。

三自由度的并联机构构型设计吸引了众多研究者的兴趣，而其中具有两个转动和一个移动自由度形式的三自由度并联机构因其广阔的应用潜力而成为该领域的研究热点。如公布号为CN103770104A、公布日为2014.05.07的中国专利申请公开了一种具有两转一移三自由度的空间串并联机构，公布号为CN102126216A、公布日为2011.07.20的中国专利申请公开了一种具有两转一移三自由度的对称机构并联机构，公布号为CN101856815A、公布日为2010.10.13的中国专利申请公开了一种具有两转一移自由度的微动并联机构，公布号为CN102126217A、公布日为2011.07.20的中国专利申请公开了一种具有两转一移三自由度的非对称结构并联机构。

上述类型的并联机构在高速拾取、机械加工、空间定位、医疗器械、微操作器、力传感器、康复护理仪器等领域具有巨大的应用价值与商业价值。但已有的该类机构如：3-RPS 并联机构、3-PRS 并联机构等存在着转动与平动运动存在耦合使其运动学求解非常繁琐复杂等缺点，在一定程度上限制了该类机构的实际应用范围。如何设计满足功能需求，且运动学控制简单、制造成本低廉的新型三自由度并联机构是机构研究者急需解决的问题。

完全各向同性并机构是目前国际国内非常重视的一个研究方向。工作空间内雅可比矩阵条件数都为1的并联机构成为完全各向同性并联机构。它的雅可比矩阵是单位阵，在运动学，力传递等方面有非常良好的特性：机构运动，力传递不失真，并且机构解耦，不存在驱动奇异。尤其是全局各向同性并联机构，它不但具有刚度大、运动响应迅速的优点，并且运动学、动力学的输入和输出间的线性关系易于实时控制。由于在高速下它可以较好的刚度和实时性保证较高的精度可以应用在重载、精密等工作要求苛刻的场合。目前，各国学者在具有三自由度并联机构各向同性构型研究方面已经展开激烈竞争以期提出性能优良的此类型并联机构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构，以解决并联机器人解耦性差、控制设计困难的问题。

为了解决上述问题，本发明的三自由度非对称完全各向同性并联机器人机构采用以下技术方案：具有两转一移三自由度的非对称并联机器人机构，包括静平台、动平台以及连接在动平台与静平台之间的两个分支运动链，两个分支运动链中的一支为混合链分支，另一支为单开链分支，所述混合链分支包括第一子分支、第二子分支以及第七转动副，第一子分支包括第三转动副、第四万向铰、第五移动副和第六万向铰，其中第三转动副的轴线与第四万向铰中的相连的轴线互相垂直，第四万向铰和第六万向铰中分别与第五移动副相邻的转动轴线相互平行且与第五移动副的轴线垂直，第四万向铰和第六万向铰中的其他两条转动轴线也相互平行；第二子分支包括自静平台开始依次串联的第一移动副和第二转动副，第一移动副的轴线与第二转动副的转动轴线互相垂直，第一、第二子分支并联构成一转一移二自由度单闭链后与第七转动副串联，并通过第七转动副与动平台连接，第二转动副的轴线与第七转动副的轴线相互垂直，在混合链中第一移动副和第三转动副为主动副；单开链分支包括从静平台到动平台依次串联的第八转动副、第九万向铰、第十转动副和第十一万向铰，第九万向铰的与第八转动副相连的轴线平行于第八转动副的轴线，第九万向铰的和第十一万向铰中与第十转动副相连的轴线相互平行且平行于第十转动副的轴线，第十一万向铰中与动平台相连的轴线与第七转动副的轴线平行，第八转动副与第七转动副的轴线相交于同一水平面内，单开链中第八转动副为主动副。

静平台为矩形平台，混合链和单开链分别连接在静平台的相对的两侧。

第八转动副轴线到第九万向铰中与之相平行的轴线之间的距离和第七转动副的轴线到第十一万向铰中与动平台相连接的轴线的距离相等。

第一移动副和第八转动副的轴线垂直于第三转动副的轴线。