[发明专利]二维移动二维转动无耦合并联机构

说明书

技术领域

本发明涉及机器人空间机构技术领域，尤其是一种二维移动二维转动无耦合并联机构。

背景技术

相对于串联机构，并联机构具有承载能力强、精度高、刚度大、速度响应快和自重负荷比小等优点。因此，并联机构在并联机床、工业机器人、医疗机器人、微操作机器人等领域具有广阔的应用前景。早期的并联机器人机构研究大多集中于六自由度并联机构，Steward机构是典型的例子。近些年来少自由度并联机器人机构成了该领域研究的热点，尤其是三自由度并联机构，如Delta机构、Star机构、Angile Eye机构等。在四自由度并联机构中，三维运动一维转动和三维转动一维移动两种类型得到较多关注，我国机构学者已设计出诸多新型此类机构，并申请了相关专利，如申请号为：201210094275，200920032890.9，201010507587，200910096797，201010225502.6的中国专利。而对于二维移动和二维转动并联机构，得到的研究和关注则相对较少。

对于一般的并联机构，其运动学耦合性都较强，导致运动学解有多组和工作空间减小。对于同时具有移动和转动运动输出特性的并联机构，两种输出运动间也存在耦合关系，使得机构轨迹规划和控制设计困难。因此如何设计运动学解耦性好、控制简单的并联机构已成为并联机构学领域研究的热点之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维移动二维转动并联机构，以解决一般并联机构的运动学解耦性差、控制设计困难的问题。

为了解决上述问题，本发明的二维移动二维转动并联机构采用以下技术方案：二维移动二维转动无耦合并联机构，其包括定平台、动平台以及连接定平台和动平台的第一分支运动链和第二分支运动链，第一分支运动链为混合链，第二分支运动链为单开链；

所述第一分支运动链包括一个空间闭回路结构和第十二转动副，所述空间闭回路结构由第一子分支运动链、第二子分支运动链和第三子分支运动链组成；

第一子分支运动链包括自定平台至动平台依次连接的第一移动副、第二移动副及第三转动副，所述第一移动副的轴线、第二移动的轴线及第三转动副的轴线两两相互垂直；第一移动副与第二移动副之间、第二移动副与第三转动副之间分别通过第二连杆、第三连杆连接；

第二子分支运动链包括自定平台至动平台依次连接的第四圆柱副、第五转动副、第六转动副及第七转动副，所述第四圆柱副的轴线、第五转动副的轴线及第六转动副的轴线相互平行且均与所述第七转动副的轴线垂直，所述第四圆柱副与第五转动副之间、第五转动副与第六转动副之间、第六转动副与第七转动副之间分别通过第四连杆、第五连杆、第六连杆连接；

第三子分支运动链包括自定平台至动平台依次连接的第八转动副、第九万向铰、第十转动副及第十一万向铰，所述第九万向铰和第十一万向铰分别具有各自的第一转动副和第二转动副，第九万向铰的第一转动副与第十一万向铰的第一转动副轴线相互平行，所述第十转动副、第九万向铰的第二转动副和第十一万向铰的第二转动副的轴线相互平行，第八转动副与第九万向铰之间、第九万向铰与第十转动副之间、第十转动副与第十一万向铰之间分别通过第七连杆、第八连杆、第九连杆连接，其中第九万向铰的第一转动副与第七连杆连接、第二转动副与第八连杆连接，第十一万向铰的第一转动副与第九连杆连接、第二转动副与第十连杆连接；

所述第一子分支运动链的第三转动副、第二子分支运动链的第七转动副和第三子分支运动链的第十一万向铰均通过第十连杆与第十二转动副连接，所述第三转动副与第七转动副的轴线共线且与第十二转动副的轴线垂直，所述第十二转动副与所述动平台相连且其轴线平行于所述动平台的平面；

所述第二分支运动链包括第十三移动副、第十四转动副、第十五转动副和第十六球铰，所述第十三移动副的轴线、第十四转动副的轴线及第十五转动副的轴线相互平行，所述第十六球铰与所述动平台相连，所述第十三移动副和第十四转动副之间、第十四转动副和第十五转动副之间、第十五转动副和第十六球铰之间分别通过第十一连杆、第十二连杆及第十三连杆连接；

所述第一移动副的轴线、第四圆柱副的轴线互相垂直并且分别和第八转动副的轴线相互垂直，所述第八转动副的轴线与第十三移动副的轴线相互平行，所述第一移动副、第四圆柱副、第八转动副与第十三移动副为主动副。