[发明专利]一种三平两转五自由度并联机构

说明书

一种三平两转五自由度并联机构，包括三自由度平动结构和被动纯平动结构，三自由度平动结构上具有定平台和位于该定位台下方的动平台，该动平台被三自由度平动结构带动三维平动运动，定平台内固定安装有主动虎克铰，动平台内固定安装有被动虎克铰，被动纯平动结构上端与主动虎克铰转动连接，该被动纯平动结构下端与被动虎克铰转动连接。本发明具有指向半个球面的转动能力，无冗余驱动，满足实际工程应用的需要，尤其在智能装配、智能制造领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体地说是一种基于被动纯平动结构的具有三维移动和两维转动的五自由度并联机构。

背景技术

并联机构为动平台和静平台通过至少两个独立的运动链相连接，具有两个或两个以上的自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。和串联机器人相比，并联机器人具有以下优点：累积误差小、精度较高；驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，运动部分重量轻，速度高，动态响应好；结构紧凑，刚度高，承载能力大。

少自由度并联机构是指自由度少于6的并联机构，可应用于许多适于并联机构操作但不需要全部6个自由度的工作任务。与6自由度并联机构相比，少自由度并联机构具有驱动件少、构件少、控制简单方便、易于制造、价格低廉等优点。因此，少自由度并联机构也被广泛应用在某些场合。

由于受到奇异位形的限制，并联机构动平台的转动能力往往都比较小，即使是相对简单的平面并联机构，在理论上能达到的转动范围也不超过180°，实际上会更小。

目前市场上应用较为广泛的并联机构是Delta机构，主要应用于高速分拣作业中。但是Delta机构和现有的类Delta机构有一个共同点是只能从一个平面夹取物体之后放置到另一个平面上。这严重限制的Delta机构的应用场景。在实际使用中，有很多应用场景要求机器人具有两个独立的转动能力，比如装配自动化等。

在自动化生产线上，现有的并联机构方案主要是靠在并联机构的末端增加执行器(抓手或吸盘等)来实现抓取功能，这就要求在并联机构的动平台上增加辅助装置，甚至需要增设电机，直接增加了并联机构运动部件的重量，严重影响并联机构的动态特性。

目前有两种主要的结构方式，一种是在Delta结构的每一支链上安装一个电机，在动平台上设计了复杂的传动机构从而实现末端执行器的三个串联转动自由度；另外一种是在Delta结构的中间额外设计了3条支链，同样通过动平台上复杂的传动机构实现末端执行器的三个串联转动自由度。上述两种虽然实现三个串联转动自由度，但是传动结构复杂，制造成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种三平两转五自由度并联机构，具有指向半个球面的转动能力，无冗余驱动。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种三平两转五自由度并联机构，包括三自由度平动结构和被动纯平动结构，三自由度平动结构上具有定平台和位于该定位台下方的动平台，该动平台被三自由度平动结构带动三维平动运动，定平台内固定安装有主动虎克铰，动平台内固定安装有被动虎克铰；

被动纯平动结构包括上端部平台、中间平台、下端部平台、T型虎克铰、H型虎克铰和连杆，上端部平台设在主动虎克铰内与该主动虎克铰连接，下端部平台设在被动虎克铰内与该被动虎克铰连接，上端部平台和下端部平台上分别通过转动副以转动连接方式安装T型虎克铰，H型虎克铰通过转动副转动安装在中间平台上且该H型虎克铰的两端分别裸露在中间平台的两侧，上端部平台和中间平台之间及下端部平台和中间平台之间分别设置连杆，上端部平台和中间平台之间的连杆的一端与上端部平台上的T型虎克铰转动连接、另一端与中间平台上的H型虎克铰转动连接，下端部平台和中间平台之间的连接杆的一端与下端部平台上的T型虎克铰转动连接、另一端与中间平台上的H型虎克铰转动连接。