[发明专利]一种用于虚轴机床和机器人的解耦三转动自由度并联机构

说明书

本发明涉及一种用于虚轴机床和机器人的解耦三转动自由度并联机构，包括静平台、动平台以及连接在静平台与动平台之间的第一运动支链，第二运动支链和第三运动支链，各运动支链均由转动副及连接转动副的连杆组成，各转动副的轴线汇交于同一点。与现有技术相比，本发明中第一运动支链和第二运动支链合成一个运动参与控制动平台，第三运动支链单独参与控制动平台，使得本发明具有部分解耦的三个转动自由度，动平台自由度依赖两条运动链控制，相较于三条运动链参与控制动平台的结构，具有更好的解耦度，也更便于控制，能实现更好的运动精度。

技术领域

本发明涉及机床和工业机器人应用技术领域，尤其是涉及一种用于并联结构虚轴数控机床和并联机器人的用于虚轴机床和机器人的三转动自由度并联机构。

背景技术

并联机构广泛应用于重载模拟设备、机器人、数控机床、传感器及微操作领域。然而，并联机构各驱动单元之间是耦合的，即并联机构整体输出平台(动平台)沿任一方向的运动都是所有驱动单元的运动合成，并且各驱动单元的运动与并联机构整体运动(即输入与输出)之间是非线性的。这一特性导致并联机构控制复杂，标定困难，且制约了精度的提高。因此，如何实现并联机构解耦，以简化控制和标定，提高运动精度，一直是一个困难而富有挑战性的课题。

运动解耦并联机器人是指输出运动的任一自由度都仅依赖单个驱动单元，其他驱动单元的动作不对此自由度产生影响。具有完全解耦的并联机构运动关系简单、标定简便、控制精度高、刚度大，在虚轴机床和机器人领域应用前景广阔。

中国专利文献CN101036986A报道了由动平台、静平台及连接它们的四条闭环运动支链组成的两转动一移动并联机构，每条闭环支链含有一组对称结构的六杆球形机构，动平台和静平台与每条支链用转动副连接。文献[Xianwen Kong,Clement M.Gosselin Typesynthesis of input-output decoupled parallel manipulators,Transactions of theCSME,Vol.28,Special Edition,2004]中报道了具有两移动一转动自由度的并联机构，由动平台、静平台和串并联混搭的运动支链组成。文献[李惠良，金琼，杨廷力，一类一平移两转动解耦并联机构及其位移分析，机械制造与研究，Feb 2002,(1):9-12,14]提出一种具有三角化解耦特性的两转动一移动并联机构，但输出自由度不完全由单个驱动器控制，仍属于部分解耦并联机构。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于虚轴机床和机器人的解耦三转动自由度并联机构，以减小现有技术中结构复杂、控制不便、运动精度低的缺陷。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于虚轴机床和机器人的解耦三转动自由度并联机构，包括静平台、动平台以及连接在静平台与动平台之间的第一运动支链，第二运动支链和第三运动支链，所述的第一运动支链包括经第一连杆、第二连杆顺序相连的第一转动副、第二转动副、第三转动副，

所述的第二运动支链包括经第三连杆、第四连杆、第五连杆顺序相连的第四转动副、第五转动副、第六转动副，

所述的第三运动支链包括经第六连杆、第七连杆顺序相连的第七转动副、第八转动副、第九转动副，

为保证所有铰链能正常运动，上述所有转动副的轴线汇交于同一点，从而实现所有部件的运动轨迹均为同心球面。

连接所述第六转动副的所述第五连杆的输出端固定在连接所述第二转动副及所述第三转动副的所述第二连杆上。