[发明专利]解耦并联机构、设置方法、控制方法及机械设备

说明书

本申请提供了一种解耦并联机构、设置方法、控制方法及机械设备。解耦并联结构包括静平台、动平台和四个支链，四个支链分别为2个PUU支链和2个PUS支链。设置方法通过4个支链的解耦设置，使动平台具有解耦的俯仰自由度、横滚自由度、垂荡自由度和纵荡自由度，通过的四个支链的滑动副的控制，可实现对动平台的四维主动减振。通过限位件将其中3个支链在静平台侧的U副限制为R副，可将解耦并联机构重构为三自由度机构。控制方法根据动平台的工况，对解耦并联机构进行重构，并调整支链的控制模式。机械设备包括上述解耦并联机构。本申请实现了四支链并联机构的解耦和快速重构，可降低机构的运动复杂度，提高主动减振性能。

技术领域

本申请涉及并联机器人技术领域，尤其涉及一种解耦并联机构、设置方法、控制方法及机械设备。

背景技术

在车辆、船舰及航空等机械设备中，大量的振动和冲击将严重影响设备的工作性能和寿命，或者使货物受损、乘客舒适性下降，因而采取有效的减振措施十分必要。目前，大量的减振系统由诸如橡胶等含有弹簧阻尼特性的材料构成，这种方式称为被动减振，被动减振虽结构简单，但对于低频振动信号，其减振效果十分有限，且被动减振的动态特性不能实时调节，无法适应环境的快速变化；随着技术的发展，少量基于并联机构的主动减振技术得到了关注，然而传统的并联机构的各自由度之间通常没有相互解耦，使机构存在寄生运动，造成并联机构用于主动减振时控制难度很大；而且传统的并联机构在制造完成以后，其拓扑结构及自由度性质就已确定，致使其减振的维度单一，应用范围受到限制。

因此，为适应机械设备在不同环境下的多维度振动工况，设计出易于控制、可变自由度性质的并联机构减振装置十分重要。

发明内容

针对现有技术存在的以上不足之处，本申请的目的在于提供一种各自由度之间相互解耦、易于控制、可重构自由度的解耦并联机构及其设置方法和控制方法，以及基于该解耦并联机构的机械设备。

为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案。

一种解耦并联机构，包括：静平台，用于构成基准平台；动平台，用于安装外部对象；并联于所述静平台和所述动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；其中，所述第一支链和所述第二支链均构成PUU支链，其滑动副设置在所述静平台上，两者在静平台侧的第一转轴沿第一方向共线设置、两者在动平台侧的第四转轴沿第一特征线段共线设置、两者动平台侧的U副中心位于所述第一特征线段的两个端点，使所述第一支链和所述第二支链始终共面。

所述第三支链和所述第四支链均构成PUS支链，且滑动副设置在所述静平台上，两者在静平台侧的第一转轴沿第二方向共线设置、两者的球副的中心连线构成第二特征线段；所述第一方向和所述第二方向垂直设置，所述第二特征线段的一端位于所述第一特征线段的中点，且所述第二特征线段垂直所述第一特征线段，使所述动平台具有解耦的俯仰自由度、横滚自由度、垂直于所述静平台的垂荡自由度、平行于所述静平台的纵荡自由度。

在一些实施方式中，所述第一支链、所述第二支链、所述第三支链、所述第四支链各自在静平台侧的U副的中心共面设置；所述第二特征线段的长度为所述第一特征线段长度的一半。

在一些实施方式中，所述第一支链包括第一连杆、第一虎克铰、第二虎克铰、第一滑块，所述第一虎克铰连接所述第一滑块至所述第一连杆的第一端，所述第二虎克铰连接所述第一连杆的第二端至所述动平台；所述第二支链包括第二连杆、第三虎克铰、第四虎克铰、第二滑块，所述第三虎克铰连接所述第二滑块至所述第二连杆的第一端，所述第四虎克铰连接所述第二连杆的第二端至所述动平台；所述第三支链包括第三连杆、第五虎克铰、第一球副、第三滑块，所述第五虎克铰连接所述第三滑块至所述第三连杆的第一端，所述第一球副连接所述第三连杆的第二端至所述动平台；所述第四支链包括第四连杆、第六虎克铰、第二球副、第四滑块，所述第六虎克铰连接所述第四滑块至所述第四连杆的第一端，所述第二球副连接所述第四连杆的第二端至所述动平台。