[发明专利]多支链耦合两转动并联机构

说明书

技术领域

本发明属于机器人、精密仪器和设备领域，特别涉及一种两转动并联机构。

技术背景

并联机构可定义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。并联机构 具有运动精度高、刚度大、动态响应好等优点，但由于并联机构受运动副工作 空间和支链干涉等影响，使得并联机构的运动空间普遍较小，严重制约了并联 机构在工业和机器人等领域的应用，所以研究具有大工作空间的并联机构具有 重要的应用价值。

并联机构的自由度可分为移动自由度和转动自由度，其中移动工作空间可 通过增大机构尺寸的办法增大，然而转动工作空间却不随机构尺寸的增大而增 加。国外对大工作空间转动类并联机构研究较早，发明专利US7478576B2和发 明专利US7472622B2公开了一种具有大工作空间的三支链两转动并联机构，并 成功应用于机器人关节等领域；发明专利US6658962B1公开了一种四支链两转 动并联机构，并将其应用于仿生机器人中，取得了较好的效果。国内对具有大 转动工作空间并联机构研究成果较少，其中发明专利CN103217986A和发明专利 CN103433916A对大工作空间两转动并联机构进行了研究，并取得了一些成果。 国内外对大工作空间转动类并联机构的研究虽取得了一定的成果，但新机构构 型仍然较为匮乏，已公开机构中的运动副多为转动副，转动副轴线之间的约束 关系较强，给机构的加工装配带来了很大的困难，且机构的刚度普遍较小，限 制了该类机构在工业中的进一步应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多支链耦合两转动并联机构，可实现动 平台相对定平台做两自由度转动，该并联机构构型丰富，且具有刚度大，支链 运动副约束较少，转动工作空间大等优点，可广泛应用于机器人、精密仪器和 设备等领域。

本发明的技术方案具体如下：

本发明包括定平台、动平台、连接定、动平台的运动支链，其中：动平台 与定平台之间通过至少三条运动支链连接，所述运动支链之间通过多条耦合连 杆和一条中心连杆相互连接，每条运动支链与中心连杆之间均由一条耦合连杆 连接，耦合连杆一端与运动支链中的中连杆固定连接，耦合连杆另一端与中心 连杆通过转动副连接，所有耦合连杆与中心连杆连接形成的转动副的轴线相互 重合形成一条轴线，设该条轴线为中心轴线L；

每条运动支链均由下连杆、中连杆和上连杆组成，对于任意一条运动支链， 其结构为：下连杆一端与中连杆一端通过转动副连接，且该转动副轴线与所述 中心轴线L相交于一点P，下连杆另一端与定平台通过定平台运动副连接，所述 定平台运动副可以是转动副或球面副，若所述定平台运动副为转动副，则该转 动副轴线过所述点P；中连杆另一端与上连杆一端通过转动副连接，且该转动副 轴线与所述中心轴线L相交于一点Q，点Q与所述点P不重合，上连杆另一端与 动平台之间通过动平台运动副连接，所述动平台运动副可以是转动副或球面副， 若所述动平台运动副为转动副，则该转动副轴线过所述点Q；

对于所有的定平台运动副和动平台运动副，至少有一个定平台运动副或动 平台运动副为球面副。

所述运动支链的具体结构类型可分为以下四种：

RRRS型支链：下连杆一端与中连杆一端通过转动副连接，且该转动副轴线 与所述中心轴线L相交于一点P，下连杆另一端与定平台通过转动副连接，该转 动副轴线过所述点P；中连杆另一端与上连杆一端通过转动副连接，且该转动副 轴线与所述中心轴线L相交于一点Q，点Q与所述点P不重合，上连杆另一端与 动平台之间通过球面副连接。

SRRR型支链：下连杆一端与中连杆一端通过转动副连接，且该转动副轴线 与所述中心轴线L相交于一点P，下连杆另一端与定平台通过球面副连接；中连 杆另一端与上连杆一端通过转动副连接，且该转动副轴线与所述中心轴线L相 交于一点Q，点Q与所述点P不重合，上连杆另一端与动平台之间通过转动副连 接，且该转动副轴线过所述点Q。

RRRR型支链：下连杆一端与中连杆一端通过转动副连接，且该转动副轴线 与所述中心轴线L相交于一点P，下连杆另一端与定平台通过转动副连接，该转 动副轴线过所述点P；中连杆另一端与上连杆一端通过转动副连接，且该转动副 轴线与所述中心轴线L相交于一点Q，点Q与所述点P不重合，上连杆另一端与 动平台之间通过转动副连接，且该转动副轴线过所述点Q。