[实用新型]一种二自由度空间并联机构

说明书

(一)技术领域

本实用新型属于机器人和机械制造领域，具体涉及一种二自由度空间并联机构。

(二)背景技术

近年来，空间并联机器人已经引起了国内外学者的广泛兴趣，与串联机器人相比，并联机器人具有刚度大、负载自重比高，位置误差不积累等特点，在多自由度机器人设计、高精度数控加工、高承载强度条件下得到广泛应用。最早的空间六自由度并联机器人是基于Stewart于1965年提出的6-SPS机构。为丰富和发展并联机器人的结构形式，许多研究机构的学者开始有益的工作。六自由度并联机器人机构是最为理想的机构，但该种类型机构存在如工作空间小、；灵活性不高、运动学正解不封闭、尺寸综合困难等缺点，并且制造成本高。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、工作空间较大、设计与控制比较简单等优点，因此在机器人的发展中提出了使用便宜、简单的各种少自由度并联机器人。

在多关节型机器人的设计过程中，多自由度关节结构设计是一个重要环节，在传统的串联结构中，其多自由度关节旋转轴很难交于一点；即使能交于一点，其关节的体积重量都大大增加。而通过采用少自由度并联机构代替串联形式，则容易设计成多自由度关节旋转轴交于一点。现有的定向并联机构中以三自由度转动的并联机构为主，如Hayward在1993年提出的并联机构、Cheng在1995年提出的并联机构等。而实现二维空间定向运动的并联机构较少，如专利号200310115537.4的一种二自由度转动并联机器人机构，但其体积较大、实用性较差，很难适应小的多自由度关节的机械臂或机械腿设计。现多数而自由度并联机构主要实现二维平面定位运动，如专利号为01277647.5的一种二自由度平动并联机器人机构。

综上所述，目前实现小体积的二维空间定向运动的并联机构较少，需要设计一个具有工作空间范围较大、体积与重量相对较小，同时便于机构的控制的二自由度空间并联机构，将会在多自由度机械臂或机械腿等方面得到广泛应用，具有重要的实用化价值。

(三)发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够绕一点旋转的具有作业转角空间大、体积小、刚度强、精度高、运动方式明确、运动学正反解简单等特点的二维定向空间并联机构。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括定平台、动平台和连接定平台和动平台的分支，所述的连接定平台和动平台分支有3个；动平台上设置有两个运动副，其中两个分支的结构相同，它们都包括滑动杆和连杆，滑动杆通过运动副与动平台相连，连杆的一端和滑动杆的一端通过运动副连接，连杆的另一端与定平台通过运动副连接；另一个分支包括两根垂直杆，一根垂直杆的一端与定平台固连并与定平台垂直，另一根垂直杆的一端与动平台固连且与动平台垂直，两根垂直杆之间通过虎克铰链连接。

本实用新型还可以包括这样一些结构特征：

1、所述的动平台上的运动副是移动副，所述的连杆与滑动杆之间的运动副是球面副，所述的连杆与定平台之间的运动副是球面副。

2、所述的动平台上的运动副是移动副，所述的连杆与滑动杆之间的运动副是球面副，所述的连杆与定平台之间的运动副是虎克铰链。

3、所述的动平台上的运动副是移动副，所述的连杆与滑动杆之间的运动副是虎克铰链，所述的连杆与定平台之间的运动副是球面副。

4、所述的动平台上的运动副是圆柱副，所述的连杆与滑动杆之间的运动副是球面副，所述的连杆与定平台之间的运动副是球面副。

5、所述的动平台上的运动副是圆柱副，所述的连杆与滑动杆之间的运动副是球面副，所述的连杆与定平台之间的运动副是虎克铰链。

6、所述的动平台上的运动副是于圆柱副，所述的连杆与滑动杆之间的运动副是虎克铰链，所述的连杆与定平台之间的运动副是球面副。

本实用新型的工作原理为：通过滑动杆的相对于动平台的移动副方向的移动，带动连杆，实现动平台和定平台之间虎克铰链的二自由度空间定向转动。

本实用新型的有益优点有：

1、本实用新型的并联机构可实现绕一点的二维定向转动；

2、本实用新型的并联机构运动学正、反解简单；

3、本实用新型的并联机构的转向运动通过滑动杆的伸缩移动实现两个方向的定向转动，具有一定的刚度和运动精度；

4、本实用新型的并联机构比串联二自由度机构具有更高的负载能力，相比其他二自由度并联机构具有较小的体积；

5、本实用新型的并联机构在需要二自由度空间运动的作业中有着重要的广泛应用前景。

(四)附图说明

图1是本实用新型的第一种实施方案的机构示意图；