[发明专利]一种具有虚拟转动中心的两转动并联机构

说明书

本发明涉及并联机器人领域，特别涉及一种具有虚拟转动中心的两转动并联机构。该机构具有三条支链，分别为UU支链，第一US支链和第二US支链，三条支链连接在定平台和动平台之间；当其支链的排布方式满足本发明所给出的排布规则，它的动平台就具备绕基本固定的虚拟转动中心进行两自由度转动的运动模式。

技术领域

本发明涉及并联机器人领域，特别涉及一种具有虚拟转动中心的两转动并联机构。

背景技术

具有虚拟转动中心的两转动的并联机构在康复医疗器具、机器人等领域内被广泛应用。目前存在的纯转动并联机构，大多具有3个转动自由度，且对于并联机构支链内部运动副的排布方式具有极高的装配要求，往往需要满足几何上的某种空间关系。在很多应用场合，自转自由度往往是不需要的，因此2个转动自由度已经足够实现任务，同时减少了驱动的数量，降低了成本。但是目前的两转动并联机构仍然对支链内部或者支链间的运动副几何关系具有很高的要求，在实际使用过程中由于装配误差的关系往往难以实现预期的运动。

发明内容

本发明要解决的问题是设计一种具有虚拟转动中心的两转动并联机构，它具有三个支链，且满足所提出来的两种排布模式中的任何一种，即可实现动平台相对于定平台的两自由度转动。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种具有虚拟转动中心的两转动并联机构，该机构具有三条支链，分别为UU支链，第一US支链和第二US支链，三条支链连接在定平台和动平台之间；第一、第二和第三虎克铰安装在定平台上，第四虎克铰和第一、第二球副安装在动平台上；这里U指代虎克铰，S指代球副；UU支链和US支链定义了支链内部运动副的排布方式，且第一、第二US支链的排布方式均包含US和SU两种运动副放置顺序。

三条支链在空间上的排布有两种模式，在该两种排布模式下定平台具有相对于动平台的二自由度转动的运动性质；其中一种排布模式为：动平台平行于定平台且同轴心的初始位置下，三条支链各自的关节中心连线交汇于空间一点，且支链内部的运动副关于该点形成对位分布，即第一虎克铰中心与第一球副中心的连线，第二虎克铰中心与第二球副中心的连线，以及第三虎克铰中心与第四虎克铰中心的连线在空间中相交于一点，且同一支链内部的两个运动副在垂直于定平台的视图中处于对位。

第二种排布模式为：动平台平行于定平台且同轴心的初始位置下，三支链的关节中心连线在空间上相异，即互不相交，且在垂直于定平台的视图中，任意两连线在视图平面内投影会产生一个交点，总共三个交点共同组成一个三角形。

组成UU支链的双头叉杆，以及第一US支链、第二US支链的单头叉杆，它们中部的细长杆的几何形状并不局限于直线，还可以是任何曲线。但是，初始位置下支链内部关节中心之间的连线需要满足两种排布模式中的一种。

该并联机构在初始位置下各支链之间的排布模式需要满足上述的条件，但是随着动平台相对于定平台的转动发生，机构离开初始位置后，其支链内部关节中心的连线可不满足两种排布方式给定的约束条件；动平台可产生相对于定平台的前拉、后移、左摆、右摆的两自由度转动运动，但是其转动中心不是固定不变的，会在一定范围内产生微小的移动；在第一种排布模式下，两转动运动之间解耦，互不影响；但在第二种排布模式下，两转动运动之间存在一定的耦合，相互间有影响。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：本发明提出的两种排布方式并非严格的空间上几何约束，相比较其它两自由度并联机构，极大地放宽了机械装配的约束条件，在实际应用过程中更加可靠和实用。

附图说明

图1一种具有虚拟转动中心的两转动并联机构示意图；

图2两种排布模式示意图；

图3第一US支链示意图；

图4UU支链示意图；

图5单头叉杆示意图；