[发明专利]一种四自由度解耦并联机构

说明书

本发明公开了一种四自由度解耦并联机构，包括定平台、动平台、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅲ、简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ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。本发明采用一条复杂支链和两条简单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解耦并联机构，属于并联机器人技术领域。

背景技术

并联机构因为其强度刚度比较大，累积误差小，输出精度高因此得到了国内外的广泛关注，自从进入90年代以来，并联机构更是如雨后春笋般的出现在市面上。目前对并联机构综合的方法主要有基于位移子群的方法、基于螺旋理论的方法、基于图论的方法、基于自由度公式的组合法，然而大部分这些方法综合出来的机构具有瞬时特性，常州大学的杨廷力教授对机构进行拓扑结构分析，创造性的提出了方位特征集的概念，并把它用于并联机构分析中，因此在并联机构领域得到了广泛的关注，采用该理论综合的机构可以不用对机构进行瞬时判定，具有全周自由度。在综合出的并联机构中大部分都是对称和半对称的机构，并且大多数机构都是耦合度大于2的复杂机构，这类机构的特点是其正解、运动学和动力学求解非常复杂，因此有必要对其进行降耦分析。

发明内容

本发明提供了一种四自由度解耦并联机构，通过三条支链连接动、定平台构建并联机构，能够实现三维移动和一维转动。

本发明的技术方案是：一种四自由度解耦并联机构，包括定平台N、动平台M、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅲ、简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ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Ⅲ对动平台M产生三维移动和一维转动的作用；

所述简单支链Ⅳ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Ⅴ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Ⅳ采用的结构与简单支链Ⅴ相同。

所述复杂支链Ⅲ、简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ一端的运动副分别与动平台M的三个角连接，复杂支链Ⅲ另一端两个分支、简单支链Ⅳ另一端、简单支链Ⅴ另一端的运动副分别与定平台M的四条边连接，复杂支链Ⅲ另一端两个分支的运动副连接的定平台N边为邻边且运动副位于边的中点并保持轴线相互垂直，简单支链Ⅳ另一端、简单支链Ⅴ另一端的运动副连接的定平台N另外两条边且运动副位于边的任意位置，三条支链不相交。

与动平台M的三个角连接的三条支链一端的运动副为：复杂支链Ⅲ的运动副为转动副，简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ的运动副为球副或虎克铰；作为驱动副的与定平台N四条边分别连接的复杂支链Ⅲ另一端两个分支、简单支链Ⅳ另一端、简单支链Ⅴ另一端的运动副为：复杂支链Ⅲ另一端两个分支的运动副为转动副或移动副，简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ的运动副为转动副或移动副；其中，简单支链Ⅳ的运动副为移动副时，满足该移动副所在定平台N边的对边上的运动副与该移动副轴线平行；简单支链Ⅴ的运动副为移动副时，满足该移动副所在定平台N边的对边上的运动副与该移动副轴线平行。

所述动平台M采用任意三角形形式配置；定平台N采用任意四边形形式配置。

所述复杂支链Ⅲ由简单支链Ⅰ、复杂支链Ⅱ和第四连接杆4复合而成；简单支链Ⅰ一端的转动副R11与定平台N的边连接，简单支链Ⅰ另一端的转动副R14通过第四连接杆4与复杂支链Ⅱ的转动副R22连接，复杂支链Ⅱ一端的转动副R21与定平台N的边连接，复杂支链Ⅱ另一端的转动副R15与动平台M的角连接；其中转动副R11与转动副R21轴线垂直，转动副R14、转动副R22轴线平行，转动副R14轴线垂直于定平台N，转动副R22和转动副R15轴线重合。