[发明专利]变胞并联机构

说明书

技术领域：

本发明属于机构学及机器人学领域，特别涉及一种变胞并联机构。

背景技术：

传统的固定自由度并联机构因具有高刚度、高承载能力、高精度、高速度等优点，使其在重载操作、工业机器人、运动模拟器、微纳操作、增材制造等领域等到了重要及广泛应用。

但随着现代科技的发展，在极端作业、先进制造、医疗康复、太空探索等领域越来越希望机构具有更高的柔性，能根据作业任务变化而可重构其拓扑结构、变化其自由度数和自由度性质、重构其工作模式。在这种背景下，可重构并联机构引起了学者们的广泛关注，成为机构学和机器人学领域新的研究热点。学者们利用变胞运动副、可锁死关节、约束奇异单环闭链、变胞单环闭链、可重构运动平台等发明了一些特色鲜明的可重构并联机构，但现有的可重构并联机构构型仍然比较少，且存在工作模式较少、伺服电机安装在远离机架位置、重构过程中存在支链奇异或约束奇异等不足。

发明内容：

本发明针对现有技术之不足，提出一种新型变胞并联机构，其具有10种不同工作模式，全部伺服电机可安装在机架，变胞过程中无支链奇异和约束奇异。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种变胞并联机构，其为对称结构，通过3条相同的变胞支链连接并联机构的固定平台和运动平台。变胞支链由具有解耦特性的球面五杆机构和4自由度RPRP串联支链混联而成，在描述运动副时，R为转动副，P为移动副。

具有解耦特性的球面五杆机构由5根杆组成，各杆间通过转动副连接，相邻转动副轴线正交，所有转动的轴线都通过球面五杆机构的几何中心点，球面五杆机构自由度为2，选取球面五杆机构与机架相连的两个转动副为输入副。两个输入副输入为零时，为变胞支链的初始位形。

串联支链由2个线性无关的R副和2个线性无关的P副组成，与球面五杆机构相邻的为其中一个R副，与球面五杆机构相邻R副相邻的为其中一个P副，与变胞并联机构运动平台相连的为另外一个P副，不与球面五杆机构相邻的R幅与2个P副正交；在初始位形与球面五杆机构相邻的R幅轴线与球面五杆机构其中一个输入副轴线正交且与球面五杆机构另一个输入副轴线平行。

当锁死与球面五杆机构相邻的R副轴线平行的输入副，驱动另一个输入副，变胞支链存在一个约束力矢，变胞支链自由度为5，变胞支链工作在模式A。当锁死与球面五杆机构相邻的R副轴线正交的输入副，驱动另一个输入副，变胞支链存在一个约束力耦，变胞支链自由度为5，变胞支链工作在模式B。当同时驱动两个输入副，变胞支链无约束，其自由度为6，变胞支链工作在模式C。两个输入副输入为零的位形，是变胞支链3种不同工作模式进行切换的初始位形。

当变胞并联机构的3条变胞支链分别在3种不同工作模式间切换时，变胞并联机构可变胞为3T3R、3T2R、2T3R、2T2R、3T1R、3R1T、3R、3T、2T1R和2R1T共10种不同的工作模式，在描述工作或运动模式时，T代表移动，R代表转动。

附图说明：

图1为球面五杆机构。

图2为变胞支链初始位形。

图3为变胞支链工作模式A。

图4为变胞支链工作模式B。

图5为变胞支链工作模式C。

图6为变胞并联机构。

具体实施方式：

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述：

图1所示为具有解耦性质的球面五杆机构，其由5根杆和5个转动副组成。各杆间通过转动副相连，所有转动副的轴线都通过球面五杆机构的几何中心，相邻转动副轴线正交。选取与机架相连的转动副R₁和R₂为输入副。

图2所示为初始位形时的变胞支链，其由2自由度球面五杆机构和一个4自由度RPRP串联支链组合而成；串联支链由2个线性无关的转动副R₃和R₄及2个线性无关的移动副P₁和P₂组成；与球面五杆机构相邻的为R₃，与R₃相邻的为P₁，与变胞并联机构运动平台相连的为P₂，R₄轴线垂直于P₁和P₂；在初始位形时R₃轴线与R₁轴线正交，且初始位形时R₃轴线与R₂轴线平行。