[发明专利]一种两转动一移动三自由度并联机构

说明书

技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种并联机构。

背景技术

并联机构通常由定平台、动平台以及连接两个平台的若干运动分支组成，具有刚度好、负载能力强、自重比高、微动精度高等优点，和串联机构形成性能上的互补，广泛用于运动模拟器、多轴数控机床、并联机器人、稳定平台的研发，在工业、医疗、服务等各个领域均有应用。并联机构从最初的具有六个自由度的Stewart机构，发展出自由度各异、机械结构简单、制造和控制成本相对较低的各种少自由度并联机构。具有两个转动和一个移动的三自由度并联机构应用前景广阔，成为研究的重点。

目前的研究成果可以分为包含约束分支的并联机构和分支成三角形对称布置的并联机构。文献《一类2R1T三自由度并联机构的设计理论与方法研究》（2007年天津大学博士论文）所述机构为典型的包含PS约束分支的并联机构，其特点在于两条回转轴线交与约束分支万向铰链中心，中间约束分支的引入将提高机构加工制造成本；文献《欠秩并联机器人能连续转动转轴存在的物理条件和数学判据》（《机器人》vol.21，No.5，Sept.1999）所述分支对称布置的3-RPS机构，任意位姿下其连续转轴不垂直，输入输出耦合性较强，运动求解复杂；国内发明专利ZL 200410069387.2在3-RPS机构的基础上增加冗余驱动分支构成四个分支的并联机构，其转动轴线也存在不连续问题。对于不存在约束分支的并联机构，确定其连续运动转轴的存在性将给控制带来巨大困难，而且通常需要并联机构的回转轴线相互垂直且运动解耦。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、加工组装容易、易于控制的两转动一移动三自由度并联机构。

本发明的技术方案如下：

本发明包括定平台、动平台以及连接这两个平台的三个运动分支，其中第一运动分支和第二运动分支结构完全相同，它们中的下连杆通过下转动副与定平台连接，上连杆通过球面副与动平台连接，上下连杆之间通过中转动副连接，两个下转动副轴线相互平行并垂直于两个球面副中心连线；第三运动分支中的下连杆通过球面副与定平台连接，上连杆通过上转动副与动平台连接，上下连杆之间通过中转动副连接；第三运动分支的上转动副轴线与第一运动分支和第二运动分支中两个球面副中心连线相互平行但不共线。第一和第二运动分支中，中转动副轴线与下转动副轴线平行；第三运动分支中，中转动副轴线与上转动副轴线平行。

另一种连接方式为上述三个分支中的上下连杆之间均通过移动副连接，该移动副轴线分别垂直于该分支的转动副轴线，用于调节球面副中心与转动副轴线间距离。

本发明每个运动分支所包含连杆数量、运动副种类均相同，仅区别于运动副的布置上，动平台能够围绕动平台上两个球面副连线以及过定平台上球面副中心平行与下转动副轴线平行的两维转动，以及沿两回转轴公垂线方向的一维移动。

本发明与现有技术相比具有如下优点：结构简单，降低了加工和组装难度，控制相对容易，在需要回转轴线不相交的领域中有很好的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构立体示意简图。

图2是本发明实施例2的结构立体示意简图。

具体实施方式

实施例1

在图1所示的两转动一移动三自由度并联机构示意图中，第一运动分支和第二运动分支结构完全相同，它们中的下连杆2通过下转动副R1与定平台1连接，上连杆3通过球面副S与动平台4连接，上下连杆之间通过中转动副R2连接，两个下转动副轴线相互平行并垂直于两个球面副中心连线；第三运动分支中的下连杆通过球面副S与定平台连接，上连杆通过上转动副R3与动平台连接，上下连杆之间通过中转动副R2连接；第三运动分支的上转动副轴线与第一运动分支和第二运动分支中两个球面副中心连线相互平行但不共线。

第一和第二运动分支中，中转动副R2轴线与下转动副R1轴线平行；第三运动分支中，中转动副R2轴线与上转动副R3轴线平行。

实施例2

在图2所示的两转动一移动三自由度并联机构示意图中，三个运动分支中的上连杆3和下连杆2均是通过移动副P连接，该移动副轴线分别垂直于转动副R1和R3轴线，其它部件与连接方式与实施1相同。