[发明专利]一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构及其工作方法

说明书

本发明涉及一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构，包括运动平台、静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，所述运动平台经第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链与静平台连接在一起，所述第一支链为UPR型运动支链，所述第二支链为UPR型运动支链，所述第三支链为RPS型运动支链，所述第四支链为RPU型运动支链。本发明通过合理的结构设计和结构优化，使机构具有工作空间大、高承载能力、高刚度以及高精度的特点，不仅可以作为独立运动模块实现2R1T动作，亦可通过串接不同形式的末端执行器实现多种作业，在高速、精密以及高刚度加工领域都有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构及其工作方法。

背景技术

并联机器人机构是由运动副和构件按一定的方式连接而成的闭环机构。组成并联机器人机构的运动副可分为简单运动副和复合运动副两大类。常见的简单运动副有：转动副R(revolute pair)、移动副P(prismatic pair)、螺旋副H(helix pair)、圆柱副C(cylinder pair)、球面副S(spherical pair)、万向铰或虎克铰U(universa Uoint)。少自由度并联机构，特别是具有两转动一平动(2R1T)的三自由度并联机构，凭借其结构简单、紧凑、易于实现控制以及制造成本相对较低等优点，已然成为机器人领域的一大研究热点。鉴于2R1T并联机构所具有良好的定位精度、结构刚度、加工性能以及动力学性能，大量的五自由度混联机器人采用了这类机构串接具有两自由度转动头或两自由度x-y移动平台的设计方案，其中最具代表性的有：专利WO2006054935中提出的Exechon机构、专利US4732525中提出的Tricept机构、专利CN1524662A中提出的TriVariant机构等。

在这些2R1T并联机构中，相比于无冗余驱动并联机构，冗余驱动并联机构具有消除奇异点、提高机构刚度和灵巧度的优点。一般来说，并联机构具有两类冗余驱动：(1)变被动关节为主动关节；(2)增加一些不改变机构自由度的主动支链。鉴于后者能更显著提高机构的刚度，改善机构的受力分布，越来越多的研究人员将目光投向了这类既能满足所需运动形式，而且具有良好机构性能的冗余驱动并联机构。现有机构中，专利CN106965153中提出了一种驱动冗余的并联机床本体、专利CN107127738A中提出了刚柔混合线解耦变刚度的可重构冗余驱动广义并联机构。在这几类机构中，机构较为复杂，而且运动构件数较多，维护成本高，操作复杂、繁琐。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构及其工作方法，不仅结构简单，而且便捷高效。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构，包括运动平台、静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，所述运动平台经第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链与静平台连接在一起，所述第一支链为UPR型运动支链，所述第二支链为UPR型运动支链，所述第三支链为RPS型运动支链，所述第四支链为RPU型运动支链。

优选的，所述第一支链包含第一虎克铰、第一移动副以及第一转动副，所述第一虎克铰与静平台相连接，所述第一移动副作为机构的主动运动副，所述第一转动副与运动平台相连接。

优选的，所述第二支链包含第二虎克铰、第二移动副以及第二转动副，所述第二虎克铰与静平台相连接，所述第二移动副作为机构的主动运动副，所述第二转动副与运动平台相连接。

优选的，所述第三支链包含第三转动副、第三移动副以及球副，所述第三转动副与静平台相连接，所述第三移动副作为机构的主动运动副，所述球副与运动平台相连接。

优选的，所述第四支链包含第四转动副、第四移动副以及第三虎克铰，所述第四转动副与静平台相连接，所述第四移动副作为机构的主动运动副，所述第三虎克铰与运动平台相连接。