[发明专利]一种部分解耦的二自由度并联机构

说明书

本发明公开了一种部分解耦的二自由度并联机构，包括静平台、动平台及第一运动支链、第二运动支链；第一运动支链包括第一转动副，静平台通过第一转动副与第一弧形连杆的一端转动连接；第二运动支链包括第二转动副,在静平台上设有支架，支架通过第二转动副与第二弧形连杆的一端转动连接，第二弧形连杆的另一端与第三弧形连杆的一端转动连接；在动平台的侧面装有互为90°夹角布置的第一销轴和第二销轴；第一弧形连杆的另一端与第一销轴转动连接；第三弧形连杆的另一端与第二销轴转动连接；本发明结构简单、运行平稳、灵活度高，实现了两个转动自由度彼此之间的部分解耦，可应用于虚拟机床、航空模拟设备和工业机器人以及医疗外科设备等领域。

技术领域

本发明涉及一种并联机构，尤其是一种部分解耦的二自由度并联机构。

背景技术

自1938年首次提出并联机构以来，因其具较大刚度、较强的承载能力、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等特点,并联机构广泛应用于重载模拟设备、机器人、数控机床、传感器及微操作等领域。

目前，常见的有2自由度、3自由度、4自由度、5自由度、6自由度并联机构。这些并联机构的各驱动单元耦合，即并联机器人整体输出平台沿任意一个方向的运动都是所有驱动单元的运动合成，且各驱动单元的运动与并联机构整体运动(即输入与输出)之间是非线性的。这将导致并联机构控制复杂，标定困难，且制约了精度的提高。因而，如何实现并联机构的解耦，以简化其控制和标定，提高运动精度，一直是一个困难而富于挑战性的课题。

为了清楚描述并联机构解耦的问题，首先说明如下概念的定义：

解耦：如果并联机构在某方向的平动或者转动仅依赖一个方向驱动单元动作，则称之为解耦；

无条件解耦：如果并联机器人在任意位置和姿态下都是解耦的，则称之为无条件解耦；

有条件解耦：如果并联机器人在任意位置或者特定姿态下是解耦的，则称之为有条件解耦(也称部分解耦)；

瞬时解耦：如果并联机器人仅在特定位置或者特定姿态下是解耦的，则称之为瞬时解耦。

目前，在并联机构解耦研究方面已经取得了众多的成果，但是这些成果也相应地存在一些问题，具体如下：

专利文献CN1775487提出了二自由度解耦球面并联机构，但因运动支链的平行四边形机构由移动副代替，限制了机构的转动范围；

专利文献CN2762940公开一种球面三自由度并联机构，该并联机构可实现一个轴方向的360度转动，但三个方向转动完全耦合，即不能解耦；

专利文献CN202162805U提出的具有三自由度的球面转动并联机构，能实现三自由度解耦，但其支链内部含有胡克铰链限制了机构的转动范围；

专利文献CN104308833A提出的解耦型两转动并联机构仅实现半球转动；

专利文献CN102126212A提出的一类运动解耦两转动机构，但支链内部所含有的虎克铰链限制了机构的转动范围；

专利文献CN1803410A提出的二自由度解耦球面并联机构，能实现二自由度无条件解耦，但当动平台承受一定的静载荷时，动平台绕转动副旋转，由于转动副摩擦圆的影响，限制了动平台的工作空间；虽然提出了两种偏置方法能实现工作空间的扩大，但仍不能使得动平台具有全球面工作空间；

专利文献CN106426109A提出了一种可实现全球面工作空间的解耦型二自由度并联机构，能实现二自由度无条件下的转动自由度解耦，该并联机构其中一个方向的转动采用连杆销轴的方式来实现的，导致动平台在该方向旋转的过程中，相关连杆的回转半径较大，而其另外动平台的回转中心点不是两个旋转副轴线的交点，这样限制其在精密定位中的应用；。

发明内容