[发明专利]一种完全解耦两转动一移动并联机构

说明书

本发明提供一种完全解耦两转动一移动并联机构，其具有三个自由度，即两个方向的转动和一个方向的移动，当第一分支运动链中的第一圆柱副作为主动副单独输入时，使动平台具有一个转动自由度；当第二分支运动链中的第一移动副作为主动副单独输入时，使动平台具有另一个转动自由度；当第一分支运动链与第三分支运动链中的第一、第二圆柱副的线性位移同时作为主动副输入，且输入位移相同时，动平台具有一个移动自由度。该并联机构的三条分支运动链之间运动具有特定关系，其速度雅可比矩阵为三角阵，具有完全解耦的运动学特性，通过三条分支运动链的布置关系，提高了并联机构的承载能力，使得其在机器人、机床、航空航天等领域具有良好的发展前景。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种完全解耦两转动一移动并联机构。

背景技术

并联机构是通过两条及以上的分支链连接定平台和动平台，形成特殊的多闭环结构。并联机构作为一类新型机构，相对于传统的串联机构具有精度高、累计误差小、承载能力大、结构紧凑等特点。已经在工业机器人、并联机床、航空航天等高精尖技术的领域被广泛的应用。

少自由度并联机器人机构是指自由度在2到5之间的机器人机构，少自由度并联机器人机构和6自由度的相比，由于其具有较高的刚度、精度与承载能力等优点，近年来，它已成为机构学领域研究的热点之一，特别是两转一移三自由度并联机器人机构因其运动控制和轨迹规划易于实现等特点，在实际应用中，具有良好的应用前景。可应用于运动模拟器、坐标测量机、加工中心等。为此国内学者已研究设计出许多此类型机构，但是现有的大多数并联机器人机构仍然存在运动耦合性强，工作空间小，控制困难等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种完全解耦两转动一移动并联机构，以解决现有技术中存在的并联机构运动耦合性强、解耦性差及工作空间小等问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种完全解耦两转动一移动并联机构，包括定平台、动平台和三条分支运动链，三条分支运动链分别为第一分支运动链、第二分支运动链和第三分支运动链，其中，

第一分支运动链包括一端连接至定平台的第一圆柱副、一端连接至动平台的万向铰以及设置在两者之间的第一转动副，第一转动副的两端分别通过第一连杆和第二连杆连接至第一圆柱副和万向铰，且第一圆柱副的轴线、第一转动副的轴线以及万向铰的内轴线三者间平行设置；

第二分支运动链包括通过连杆依次连接的第一移动副、第二转动副、第三转动副以及球副，第一移动副和球副的自由端分别连接至定平台和动平台，且第二转动副和第三转动副两者的轴线平行；

第三分支运动链包括通过连杆相连的第二圆柱副和第四转动副，第二圆柱副和第四转动副的自由端分别连接至定平台和动平台，且第二圆柱副与第四转动副两者的轴线位于同一平面内并相互垂直设置；

第一圆柱副、第二圆柱副和第一移动副均为动力输入端并分别连接有驱动电机。

进一步的，所述第二转动副的轴线、第四转动副的轴线以及万向铰的外轴线三者间平行设置。

进一步的，所述第一圆柱副的轴线和第二圆柱副的轴线平行设置，且两者的轴线均垂直于第四转动副的轴线。

进一步的，所述定平台上开设有与第一移动副相配合的圆弧形轨道，第二圆柱副的轴线垂直于该圆弧形轨道所在的平面并经过该圆弧形轨道的圆心。

进一步的，所述第四转动副位于动平台的中心，万向铰、第四转动副以及球副三者沿动平台的长度方向依次设置且三者分布在同一条直线上。

进一步的，所述第二转动副与第三转动副之间通过第四连杆相连，第二转动副和第三转动副的自由端分别通过第三连杆和第五连杆连接至第一移动副和球副。

进一步的，所述第二圆柱副与第四转动副之间通过第六连杆相连。