[发明专利]一种无奇异位形的对称并联机构

说明书

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，涉及一种无奇异位形的对称并联机构。

背景技术

并联机构相比于串联机构具有刚度大、承载能力高、精度高和运动学反解容易等优点，因而在工业机器人、机械制造领域得以广泛的应用。而少自由度并联机构(自由度小于6的并联机构)具有结构简单、造价低、运动学求解相对简单等特点，其中两转动一移动型的三自由度并联机构是并联机构中非常重要的一类构型。自HUNT 1983年提出3-RPS并联机构以来，两转动一移动型三自由度并联机构已用于诸多的领域，如基于3-PRS并联机构的Z3主轴头、天文望远镜副镜支撑机构、调姿机构、运动模拟器、机械手腕、坐标测量机、微操作机器人等领域。然而，现有的三自由度并联机构存在奇异位形的问题，使机构轨迹规划比较困难。四自由度并联机构中具有三转动一移动对称构型的相对较少，如4-SPS/PS机构存在奇异位形，且具有强耦合的特性，使得轨迹规划和控制较为困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种无奇异位形的对称并联机构，该并联机构具有结构对称、不含奇异位形、工作空间大、承载能力强、正逆解形式简单、驱动副位于定平台上，驱动方式简单的特点，该并联机构能够应用在运动模拟器、望远镜副镜支撑机构、机械手腕、坐标测量机、微操作机器人、机床主轴头。

本发明所采用的技术方案是，一种无奇异位形的对称并联机构，包括动平台、作为机架的定平台和连接动平台与定平台的四条运动链，四条运动支链包括连接动平台中心位置与定平台中心位置的一条恰约束链以及三条完全相同的运动支链，三条完全相同的运动支链包括与定平台固定连接的液压缸，3个液压缸分别通过圆柱副A与活塞杆连接，3根活塞杆分别通过转动副A与环形构件连接，3个环形构件分别通过圆柱副B与滑杆连接，每根滑杆一端通过转动副B与动平台中心连接，滑杆另一端通过转动副与滚轮连接，滚轮与设置在动平台上的滚道相接触，每个所述圆柱副A的轴线和与之对应的转动副A的轴线互相垂直，每个所述转动副A的轴线和与之对应的圆柱副B的轴线互相垂直，每个所述圆柱副B的轴线和与之对应的转动副B的轴线互相垂直，三条运动支链中的转动副B的轴线同轴。

本发明的特点还在于，

恰约束链包括与定平台中心位置固定连接的液压缸，液压缸通过移动副与活塞杆一端连接，活塞杆另一端与虎克铰连接，虎克铰与动平台中心位置连接。

恰约束链包括与定平台中心位置通过转动副C连接的液压缸，液压缸通过移动副与活塞杆一端连接，活塞杆另一端与虎克铰连接，虎克铰与动平台中心位置连接。

虎克铰的中心点为转动副B的轴线与动平台所在平面的交点，转动副B的轴线与动平台法线平行。

相邻两个圆柱副A之间距离相等，移动副位于以圆柱副A的位置为顶点所构成的等边三角形的中点位置，3个圆柱副A的轴线与移动副的轴线相平行。

并联机构的驱动方式为电气、气动、液压中任意一种。

本发明的有益效果为，三条运动支链上的圆柱副A作为机构的驱动副，驱动形式简单，且避免了驱动器位于运动支链其他位置引入较大惯性；此外由于机构含有恰约束支链可以通过恰约束支链上添加冗余驱动的方法进一步获得高精度运动，该并联机构沿动平台所在平面内的转动范围不受限制，可以整周连续旋转，适用于中低速旋转场合；同时机构部分解耦，结构对称。本发明的并联机构具有较简单的正逆解、无奇异位型，工作空间大，承载能力强，具有良好的运动特性，驱动形式简单，能够应用在运动模拟器、望远镜副镜支撑机构、机械手腕、坐标测量机、微操作机器人、机床主轴头。

附图说明

图1是本发明一种无奇异位形的对称并联机构的第一种实施例的机构简图；

图2是本发明一种无奇异位形的对称并联机构的结构示意图；

图3是本发明一种无奇异位形的对称并联机构中动平台的结构示意图；

图4本发明一种无奇异位形的对称并联机构的第二种实施例的机构简图。

图中，1.定平台，2.滑杆，3.活塞杆，4.滚轮，5.动平台，6.环形构件，7.液压缸，8.圆柱副A，9.转动副A，10.圆柱副B，11.转动副B，12.虎克铰，13.移动副，14.转动副C。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1