[发明专利]一种无耦合两转动并联机构

说明书

一种无耦合两转动并联机构，包括定平台、动平台以及连接两平台的第一分支运动链和第二分支运动链；第一分支运动链由空间闭回路结构和第二转动副串联而成，空间闭回路结构包含两子分支，第一子分支包含一个第一转动副，第二子分支是由一个第一螺旋副、一个第三转动副、一个第四转动副和一个第一万向铰构成的单开链，且以第一螺旋副为主动副控制动平台的一个转动自由度；第二分支运动链由一个第二螺旋副、一个第五转动副、一个第六转动副和一个第二万向铰组成，其主动副为第二螺旋副，可控制动平台的另一个转动自由度。由于该机构的速度雅可比矩阵为对角阵，因此具有较好的运动学特性，且控制设计简单，解决了一般并联机构运动学解耦性差的问题。

技术领域

本发明涉及机器人空间机构领域，尤其是一种无耦合两转动并联机构。

背景技术

并联机构广泛应用于数控机床、传感器、微操作机器人和医用机器人等领域，一般由动平台、定平台以及连接两平台的2-6条运动支链组成。相对于串联机构，并联机构具有结构紧凑、刚度大、承载能力强、精度高、累计误差小等优点。并联机构可分为六自由度并联机构和少自由度并联机构，与六自由度并联机构相比，少自由度并联机构具有结构简单，加工制造成本较低，工作空间大等优点，具有更广大的发展前景。目前，已有学者提出两自由度转动并联机构，并申请了国家发明专利，如申请号为CN201110031919.3的两自由度空间转动并联机构，该机构虽然能实现两自由度的转动，但其运动学耦合性强，在设计、分析计算和轨迹规划等方面存在很多困难。因此实现并联机构的解耦及提高其运动性能是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是设计一种无耦合两转动并联机构，解决现有两转动并联机构的耦合性强，控制困难等不足。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无耦合两转动并联机构，包括定平台、动平台以及连接两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，由空间闭回路结构和第二转动副串联而成，所述空间闭回路结构包含两子分支，第一子分支包含一个第一转动副，第二子分支是由一个第一螺旋副、一个第三转动副、一个第四转动副和一个第一万向铰构成的单开链；第一转动副、第二转动副和第一万向铰的一端分别与第一连杆的三个彼此垂直的分支相连，第一万向铰的另一端、第三转动副、第四转动副和第一螺旋副彼此通过第二连杆、第三连杆和第四连杆实现顺次连接；所述第一螺旋副轴线、第三转动副轴线、第四转动副轴线和第一万向铰中与第二连杆相连的转动轴线相互平行，第一转动副轴线和第一万向铰中与第一连杆相连的转动轴线平行且垂直于第二转动副轴线；

第二分支运动链为单开链，由一个第二螺旋副、一个第五转动副、一个第六转动副和一个第二万向铰组成；第二螺旋副、第五转动副、第六转动副和第二万向铰彼此通过第五连杆、第六连杆和第七连杆实现顺次相连；第二螺旋副轴线、第五转动副轴线、第六转动副轴线以及第二万向铰中与第七连杆相连的转动轴线之间相互平行；

所述第一分支运动链中的第一螺旋副、第一转动副和第二分支运动链中的第二螺旋副均安装在机构的定平台上，所述第二螺旋副轴线与第一转动副轴线平行，且同时垂直于第一螺旋副轴线；所述第一分支运动链中第二转动副与所述第二分支运动链中第二万向铰均安装在机构的动平台上，第二转动副轴线和第二万向铰中与动平台相连的转动轴线平行；由第一分支运动链控制动平台绕所述第一转动副做翻转运动、第二分支运动链控制动平台绕第二转动副做翻转运动。

所述第一分支运动链中的第一螺旋副和第二分支运动链中的第二螺旋副为机构的主动副。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：