[发明专利]一种三转动二移动转轴不汇交的广义解耦并联机构

说明书

一种三转动二移动转轴不汇交的广义解耦并联机构，其包括基座、动平台以及连接基座和动平台的五个分支，其中基座上设有五个支架，第一、第三、第四和第五支架均布在基座四周，第二支架设置在第一和第三支架中间，动平台底面上均匀布置四个支架；第一分支和第二分支结构相同，为PPRRR分支，第三分支为RRRRPP分支，第四分支为RRRRRP分支，第五分支为PPRRRR分支，五个分支通过运动副间的轴线约束关系实现完全解耦。本发明机构强度高、结构紧凑、稳定性好，实现了空间交错三自由度转动和垂直于基座平面两自由度移动五自由度运动学上的完全解耦，克服了传统五自由度并联机构控制复杂、强耦合性、分析计算繁琐等缺点。

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

并联机构通常由动平台和定平台通过多条支链连接而成，与串联机构相比，其具有结构紧凑、刚度好、承载能力大、累积误差小等优点，使其在运动模拟器、并联机床、机器人、调姿调向装置等领域得到广泛的应用。但是并联机构为完成期望运动输出通常需要所有驱动构件相互协调运动，这给控制带来很大的麻烦。并联机构存在的耦合性，使得其在构型设计、分析计算以及机构控制方面存在诸多困难，一定程度上限制了并联机构的应用。特别是五自由度并联机构，大多数不具有解耦特征，控制较为复杂。

解耦并联机构可以实现运动解耦，并且机构解耦程度越高其运动学、动力学分析越简单易解，可极大简化机器人的控制与轨迹规划问题。经过对现有技术的检索发现，公开号为CN104942829A的中国专利公开了一种二移动三转动五自由度转动移动完全解耦并联机构，该机构包括由动平台、基座以及三条支链组成，支链的一端均与基座活动连接，另一端与动平台转动连接；三条支链均为双转动自由度支链，其中至少两条支链与基座二维活动连接。该机构仅含有三个分支，刚度较低，承重能力不高；动平台被支链包围，空间狭小，不利于放置大型目标运动物。克服现有机构的弊端，解决存在的转动耦合问题，提出结构功能各异的新型机构是机构学发展的基本要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种承载力大、易于控制、能够实现三个转动和两个移动五自由度完全解耦的三转动二移动转轴不汇交的广义解耦并联机构。

本发明包括基座、动平台以及连接基座和动平台的五个分支，其中所述基座上设有五个支架，第一、第三、第四和第五支架均布在基座四周，第二支架设置在第一和第三支架中间，其中第一和第五支架呈对角布置，第三和第四支架呈对角布置，动平台底面上均匀布置四个支架，第一和第四支架呈对角布置，第二和第三支架呈对角布置，第一和第二分支为一个连接点；第一分支和第二分支结构相同，为PPRRR分支，第三分支为RRRRPP分支，第四分支为RRRRRP分支，第五分支为PPRRRR分支；

所述第一和第二分支中的第一连杆分别通过第一移动副与基座的第一支架和第二支架连接，第一连杆的另一端与第二、第三和第四连杆依次通过第二移动副和第一、第二转动副连接，第四连杆的另一端分别通过第三转动副与动平台的第一支架连接；在第一和第二分支中，第二移动副移动方向同时垂直于第一移动副移动方和基座平面，第一转动副轴线垂直于第一移动副移动方向且平行于第二移动副移动方向，第一转动副、第二转动副和第三转动副中相邻两个转动副轴线相互垂直交错，无汇交点，这两个分支中的第三转动副轴线重合；

所述第三分支中的第一连杆的一端通过第一转动副与基座的第三支架连接，第一连杆的另一端与第二、第三、第四和第五连杆依次通过第二、第三和第四转动副以及第一移动副连接，第五连杆的另一端通过第二移动副与动平台的第二支架连接；该分支中，第一转动副的轴线与第一分支的第一转动副的轴线平行，第二转动副的轴线和第一移动副的移动方向相互平行，并共同平行于第一分支中的第二转动副轴线，第三转动副、第四转动副的轴线和第二移动副的移动方向相互平行，并共同平行于第一分支中第三转动副的轴线；