[发明专利]一种含有恰约束运动链的完全各向同性平面并联机构

说明书

一种含有恰约束运动链的完全各向同性平面并联机构，包括静平台、中间平台、末端操作手以及四条分支运动链，每条分支运动链均与静平台直接相连；第一分支运动链为恰约束运动链，第一分支运动链与静平台之间的转动轴线、第二分支运动链中连杆机构与静平台之间的转动轴线、第三分支运动链中连杆机构与静平台之间的转动轴线两两垂直，并在空间中呈正交分布；第四分支运动链与静平台之间的转动轴线平行于第一分支运动链与静平台之间的转动轴线；第二分支运动链、第三分支运动链和第四分支运动链分别由对应的动力机构驱动，实现末端操作手在空间内的二维移动和一维转动。本发明解决了普通并联机构耦合性强，运动学计算复杂，路径规划困难等问题。

技术领域

本发明涉及到机器人机构、并联运动机床以及航空航天领域，特别是一种含有恰约束运动链的完全各向同性平面并联机构。

背景技术

并联机构即通过两个或两个以上的并行分支运动链连接动平台与静平台所构成的一种闭环系统。与传统的串联机构相比，并联机构具有结构简单、承载能力强、力学性能好等特点。并联机构按照自由度的不同可分为六自由度并联机构和少自由度并联机构。相比于六自由度并联机构，少自由度并联机构结构更加简单、成本更低，因此在满足工作要求的前提下，选择少自由度并联机构可获得更优的效益。正是因为并联机构的一系列突出优势，现如今并联机构已经成为国际机构学的研究热点之一，并且被广泛应用于医疗仪器、航空航天、运动模拟器等众多现代尖端技术领域。

就目前来说，我国已经有部分学者提出三自由度的并联机构，特别是在两移动一转动方面有了一定的研究进展，并申请了专利，如申请号为2013105491753、2014101978670等专利。然而对于大多数的并联机构来说仍然存在这机构复杂、耦合性强等问题，使得机构的动力学求解复杂、控制与路径规划设计困难、在一定程度上阻碍了并联机构的发展和应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种含有恰约束运动链的完全各向同性平面并联机构，以解决已有机构存在的耦合性强、控制设计复杂等诸多问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种含有恰约束运动链的完全各向同性平面并联机构，包括静平台、中间平台、末端操作手以及四条分支运动链，每条分支运动链均与静平台直接相连；

第一分支运动链为两根连杆转动连接组成的恰约束运动链，第一分支运动链两端分别与静平台和中间平台转动连接，所述连杆之间的转动轴线、第一分支运动链两端的转动轴线相互平行且垂直于中间平台的平面；

第二分支运动链和第三分支运动链均包括连杆机构，在同一分支运动链中，连杆机构两端分别和静平台以及中间平台转动连接，并且连杆机构两端的转动轴线相互平行，且平行于中间平台的平面；

在第二分支运动链中，连杆机构由第三连杆Ⅰ和第四连杆Ⅰ通过第二转动副Ⅱ转动连接而成，第二转动副Ⅱ的转动轴线与连杆机构两端的转动轴线平行；

在第三分支运动链中，连杆机构由第三连杆Ⅱ和第四连杆Ⅱ通过第二转动副Ⅲ转动连接而成，第二转动副Ⅲ的转动轴线与连杆机构两端的转动轴线平行；

第四分支运动链一端与静平台转动连接，其转动轴线垂直于中间平台，另一端与所述的末端操作手连接；末端操作手与中间平台之间转动连接，其转动轴线和第一分支运动链与中间平台之间的转动轴线相平行；

所述第一分支运动链与静平台之间的转动轴线、第二分支运动链中连杆机构与静平台之间的转动轴线、第三分支运动链中连杆机构与静平台之间的转动轴线两两垂直，并在空间中呈正交分布；第四分支运动链与静平台之间的转动轴线平行于第一分支运动链与静平台之间的转动轴线；

第二分支运动链、第三分支运动链和第四分支运动链分别由对应的动力机构驱动，实现末端操作手在空间内的二维移动和一维转动。