[发明专利]两转动一移动少关节多冗余驱动并联机构

说明书

本发明涉及一种两转动一移动少关节多冗余驱动并联机构，其包括定平台、动平台和连接动平台、定平台的五条支链，第一支链和第三支链结构相同为RPU结构，其转动副与定平台连接，万向铰与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接；第二支链和第四支链结构相同为UPR结构，其万向铰与定平台连接，转动副与动平台连接，转动副与万向铰之间通过移动副连接；四条支链两端呈正方形对称布置。第五条支链为RPR结构，其两个转动副分别与动平台、定平台连接，两个转动副之间通过移动副连接。本发明具有关节数目少，结构简单，刚度高，运动部分解耦，控制容易等优点，可实现两转动一移动的运动方式，可应用于要求精度高，刚度高，负载更大的加工场合。

技术领域

本发明涉及一种并联机构，具体地说，涉及一种两转动一移动少关节多冗余驱动并联机构。本发明属于机器人领域。

背景技术

使用合适的少自由度并联机构可以降低加工制造、控制和维护等方面的成本，所以，少自由度并联机构已经成为学术界和工业界关注的热点和前沿，并且已经成功地应用于诸多领域。其中，具有两转动一移动(简称2R1T)的三自由度并联机构是少自由度并联机构最具代表性的一类，以2R1T并联机构作为高端制造装备主机构的成功范例有Tricept、Ecospeed和Exechon等混联机器人，这些混联机器人在航空航天和汽车等领域被广泛应用，并且取得了良好的经济效益。2R1T三自由度并联机构具有两条转轴,这两条转轴的几何关系与这类机构的运动性能密切相关，但是，目前大部分的2R1T三自由度并联机构的两条转轴不是连续转轴，所以带来了机构运动学模型复杂，增加了轨迹规划、运动学参数标定和运动控制难度等问题。

并联机构相比于串联机构具有结构紧凑、刚度高、精度高、速度快、承载能力强、惯性小、稳定性好、逆运动学简单等优点，但是，并联机构的工作空间小、存在奇异位形等缺点也不能忽视。冗余驱动并联机构是指其机构驱动装置个数多于自由度数的并联机构，从运动学来讲，有一组或以上的驱动装置是多余的，将这些驱动装置去掉后并不影响运动特性，但在重载操作装备中，为了提高机构的承载能力，增加机构的刚度与稳定性，通常将驱动系统设计成冗余驱动。因此，冗余驱动具有使机构结构具有局部对称性、无奇异位形等特点，以此优化机构的刚度和承载力等性能。通过在原有机构的基础上添加冗余驱动支链的方法可以减少机构的奇异，增加其可用工作空间，还可以改善机构的一些性能，如增强机构刚度、增大机构承载能力、优化驱动的输入力、减低机构关节内力等。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种具有两条连续转轴、一条移动轴的两转动一移动少关节多冗余驱动并联机构。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种两转动一移动少关节多冗余驱动并联机构，其包括定平台，动平台和连接定平台、动平台的五条支链；

所述定平台位于底部，所述动平台位于顶部，二者均呈正方形；

所述五条支链中的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链的两端依次顺序地呈正方形对称布置，其一端与所述定平台相连，另一端与所述动平台相连；所述五条支链中的第五支链的两端分别与所述定平台和所述动平台的几何中心点相连；

所述第一支链和所述第三支链呈对角线设置，两者的结构组成和连接方式相同，为RPU结构；所述第二支链和所述第四支链呈对角线设置，两者的结构组成和连接方式相同，为UPR结构；所述第五支链为RPR结构；其中，R代表转动副，P代表移动副，U代表万向铰；

构成所述五条支链的各转动副、各移动副和各万向铰彼此之间通过连接杆相连；

构成所述五条支链的各转动副分别与所述定平台或所述动平台相连；构成所述五条支链的各万向铰的外侧转动副分别与所述动平台或所述定平台相连；构成所述五条支链的各万向铰的内侧转动副通过连接杆与构成本条支链的所述移动副相连；