[发明专利]一种四自由度并联机构

说明书

本发明公开了一种四自由度并联机构，包括定平台、动平台、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ、简单支链Ⅲ组成；所述定平台、动平台通过三条支链连接，三条支链的复合运动构成了动平台的输出运动。本发明采用三条支链连接动平台和定平台来构建并联机构，该结构简单，能实现空间三维平动和一维转动，可用于工业复杂曲面的加工和焊接作业，是一种新型的并联机构，可以为加工制造提供帮助。

技术领域

本发明涉及一种四自由度并联机构，属于并联机器人技术领域。

背景技术

并联机床的问世打破了传统机床长期占据机床领域不可动摇的地位，其精度高，强度大，目前已经在许多工业领域得到了广泛的运用。自从上个世纪90年代以来对并联机构的研究一直没有停滞过，国内外的学者们通过坚持不懈的努力，提出了许多优秀的并联机构，这些机构在减少人力物力方面产生了巨大影响。目前机构综合主要有基于自由度计算公式的组合法，基于位移子群的群论综合法，基于轮旋理论的组合法等。然而以上方法综合出的机构需要进行瞬时性判定，在机构发展过程中，杨廷力教授开创性的提出了方位特征集理论，运用机构拓扑不变量综合出许多鲜为人知的机构。

不管是哪种方法综合出的机构，其综合出的机构大多数是一些三自由度的，并且大部分是耦合度比较高的机构。然而在工业领域来说，特别是搬运机器人，不需要太多的自由度，但是要实现空间位置和一定的姿态变化。因此三平移一转动的机构得到了广泛的关注。就目前来说，虽然有一些三平移一转动的并联机器人，然而其结构均较为复杂，并没有得到很好的开发和运用，其次，实现三维移动和一维转动的新型机构综合和实用均需要发展，也是机构学长期发展的目标，因此进行新机构综合与发展仍然是现在的难点和热点。所以设计出简单且满足要求的三平移一转动并联机器人是该类机器人研究和发展的方向。

发明内容

本发明提供了一种四自由度并联机构，通过三条支链实现了并联机构动平台的三维移动和一维转动；同时，该机构结构简单。

本发明的技术方案是：一种四自由度并联机构，包括定平台N、动平台M、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅱ、简单支链Ⅲ组成；

所述定平台N、动平台M通过三条支链连接，三条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动；

所述复杂支链Ⅰ对动平台M产生三维移动和两维转动的作用；

所述简单支链Ⅱ为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台M运动产生约束；

所述简单支链Ⅲ对动平台M产生三维移动和两维转动的作用。

所述三条支链一端的运动副分别与定平台N连接，三条支链另一端分别与动平台M的三个角连接，复杂支链Ⅰ、简单支链Ⅲ连接定平台N的运动副的轴线垂直，三条支链不相交。

作为驱动副的与定平台N分别连接的三条支链一端的运动副为转动副或移动副；与动平台M的三个角连接三条支链另一端分别为：复杂支链Ⅰ为第二连接杆2，简单支链Ⅱ为转动副，简单支链Ⅲ为球副或虎克铰。

所述定平台N可采用任意形式配置；动平台M采用任意三角形形式配置，且与定平台N选用不同形式。

所述复杂支链Ⅰ转动副R11、转动副R12、转动副R13、4R-2P等腰梯形机构、第一连接杆1和第二连接杆2组成，作为驱动副的转动副R11能使用移动副代替；其中，第一连接杆1一端通过转动副R12、第二连接杆2一端通过转动副R13连接4R-2P等腰梯形机构的两条平行边的中点，第一连接杆1另一端通过转动副R11与定平台N相连，第二连接杆2的另一端直接与动平台M固连；转动副R11、转动副R12、转动副R13的轴线相互平行。