[发明专利]可实现三平动和一转动的部分解耦并联机构

说明书

技术领域

本发明隶属于工业机器人领域，特别涉及一类四自由度并联机构，该机构具有三平动自由度和一转动自由度，而且转动是解耦的。

背景技术

并联机构具有空间多自由度多环闭链，和串联机构相比，并联机构具有刚度大、承载能力大、累积误差小、动态性能好、结构紧凑等特点。早期的并联机构通常是6自由度的Stewart并联机构，该机构的上平台与下平台之间以六个分支相连，每个分支两端是两个球铰，中间是一移动副。驱动副推动移动副作相对移动，改变杆的长度，使上平台的位置和姿态变化。Stewart并联机构具有工作空间小、运动正解困难、结构设计复杂等缺点。为了克服6自由度并联机构的这些缺点，近年来许多研究人员把注意力转向了少自由度并联机构，少自由度并联机构具有结构简单、设计与控制比较简单等优点。四、五自由度并联机构在工业中应用比较广泛。现有的四自由度并联机构大多采用对称机构，如方跃法等(中国专利申请号：02158043.X)提出的三平动和一转动四自由度并联机构由4条结构相同的运动支链构成，每条运动支链由转动副、万向节和圆柱副组成。刘辛军等(中国专利申请号：00105935.1)提出的四自由度并联机构由RPS(R—转动副、P—移动副、S—球副)和UPS(U—虎克铰)两种结构的运动支链对称构成。现有的四自由度并联机构大多采用对称结构且在支链中含有球铰和虎克铰等复杂铰链，从而会导致并联机构的工作空间小，结构复杂，制造成本高。

另外，并联机构被广泛应用于虚拟轴机床、微动操作台、微动机器人等方面。然而，并联机构各驱动单元之间是耦合的，即并联机构动平台沿任一方向的运动都是所有驱动单元的运动合成，并且各驱动单元的运动与并联机构输出运动(即输入与输出)之间是非线性的。这一特性导致并联机构控制复杂，标定困难，且制约了精度的提高。

本发明的目的在于克服现有四自由度并联机构铰链复杂、工作空间小以及输入输出耦合等缺点而提出一种三平动和一转动四自由度部分解耦的并联机构，该类并联机构具有非对称结构，高刚度，工作空间大，运动学正、反解简单等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一类可实现三平动和一转动的部分解耦并联机构。

本发明所采用的技术方案：本发明机构由固定平台(1)、动平台(3)、中间平台(2)和连接动平台(3)、固定平台(1)的四个混合型分支所组成，其中三个分支相同，另一分支为相异分支，其特征在于：三个相同分支都分别由相同的移动副(4)、转动副(5)、转动副(6)、转动副(7)所组成，另一相异分支由各种不同运动副组合而成，三个相同分支的移动副(4)分别由三个电机驱动滚珠丝杠实现，另一相异分支的转动副(9)由一个电机驱动。

本发明的特点是：动平台(3)的一对转动副安装在中间平台(2)上，动平台(3)可以绕转动副转动。另外中间平台(2)与固定平台(1)之间有三个相同的分支(3-PRRR)联接成；相异分支可由转动副(9)、球副(11)以及球副(10)所组成；相异分支也可由一移动副(4)、转动副(12)、转动副(13)所组成，其中，相异分支的移动副是三个相同分支中的一移动副(4)。

本发明与现有三平动和一转动四自由度并联机构相比有如下优点：

1、本发明的并联机构的运动支链中都是采用简单的转动副和移动副，结构简单，易于制造。

2、本发明的并联机构的转动与三平动解耦，因而该机构控制简单，标定容易。

3、本发明的并联机构采用非对称的支链结构，因而工作空间比对称的并联机构大。

4、本发明的并联机构运动学正、反解简单。

5、本发明的并联机构与传统的串联式机构相比，具有高刚度、承载能力强、误差累积小、动态性能好、结构紧凑等特点

附图说明

图1本发明实施例1的结构示意图

图2本发明实施例2的结构示意图

图中：4.三相同分支的移动副；5.6.7.8三相同分支的转动副；1固定平台；2中间平台；3动平台；9.12.13相异分支的转动副；11.10相异分支的球副。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

实施例1