[发明专利]一种模块化二自由度虚拟转心并联机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化二自由度虚拟转心并联机构，属于机器人和机械制造领域。

背景技术

并联机构自出现以来，广泛应用于飞行器重载模拟设备、机器人、数控机床、传感器及微操作等领域。在并联机构的应用中，少自由度并联机构应用最广，尤其在机器人关节、空间指向及对接、负载模拟仿真、医疗微创手术以及人机交互等领域具有相当高的应用价值。如，Clément Gosselin发明了球面五杆二自由度并联式指向装置(US5966991)，可以用作机床的球面刀头；Farshid Najafi发明了具有虚拟转心特性的二自由度并联机构(US7204168)，可以用作腹腔外科手术仿真环境的力反馈等。

在一类特殊的应用场合，如医疗微创手术需要操作机构能够皮肤表面一个微小的伤口进行二维转动作业，娱乐喷泉需要转动机构中间不许有杆件等以便能够安装喷水管，并联转台转动中心需要留出位置安装传感器等，这些应用场合都需要机构具备一个虚拟的固定转动中心。而就目前而言，具备这种性能的机构不多；现存的机构设计方法复杂，承载能力弱。专利CN102225545A“一种具有虚拟运动中心的两维转动并联机构”的发明具有两个支链，专利CN102079090A“两自由度空间转动并联机构”的发明具有三个相同支链，而如国内专利CN1803410A“二自由度解耦球面并联机构”、CN1868689A“用于并联运动装备的二自由度空间并联机构”、CN1785606A“二自由度全面空间运动并联机构”、CN101486185A“一种二自由度转动并联机构”等虽然都能实现二自由度转动，但其转动中心均存在杆件或者运动副，不能安装附件。

总之，目前国内外虽然在二自由度并联转动该机构研究工作中取得了一些成果，但还存有如下不足：1)目前的二自由度并联转动机构比较难实现虚拟转动中心；2)具备虚拟转动中心的二自由度并联转动机构比较少；3)现有的二自由度虚拟转动中心并联机构设计方法比较复杂，不易推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化二自由度虚拟转心并联机构，该类机构由主要运动模块和辅运动模块构成。每种该类并联机构均包含有三个运动支链，可以实现运动平台绕固定基座上固定点的二自由度转动，可在转动中心方便安装传感器等附件，使本发明的并联机构具有较大的运动空间、较强的承载能力，可以广泛应用于机器人手腕、空间指向及对准、微操作、医疗手术装置等领域。

本发明一种模块化二自由度虚拟转心并联机构，包括固定基座、运动平台以及运动支链；固定基座与运动平台相互平行设置，并通过3条运动支链相连。

所述运动支链分为主运动支链与辅运动支链两类，其中，主运动支链具有第一主运动支链、第二主运动支链、第三主运动支链三种结构，辅运动支链具有第一辅运动支链、第二辅运动支链两种结构。

上述第一主运动支链包括第一机架、第一连杆A、第一连杆B、第一连杆C、第一连杆D和球面副S；其中，第一连杆A与第一机架周向转动连接；第一连杆A两端均为转动副，分别连接第一连杆B与第一连杆D；第一连杆C分别与第一连杆B和第一连杆D通过转动副相连，末端为球面副S。

第二主运动支链包括第二机架、第二连杆A、第二连杆B、第二连杆C、第二连杆D和转动副R；第二连杆A与第二机架周向转动连接；第二连杆A两端均为转动副，分别连接第二连杆B与第二连杆D；第二连杆C分别与第二连杆B和第二连杆D通过转动副相连，末端为转动副R。

第三主运动支链包括第三机架、第三连杆A、第三连杆B、第三连杆C、第三连杆D、第三连杆E、第三连杆F和虎克铰U；其中，第三连杆A与第三机架周向转动连接；第三连杆A两端均为转动副，分别连接第三连杆B和第三连杆D；第三连杆C分别与第三连杆B、第三连杆D和第三连杆F通过转动副相连接，第三连杆F末端为虎克铰U；第三连杆E两端均为转动副，分别连接第三连杆D和第三连杆F。

第一辅运动支链包括有第四机架、第四连杆A、第四连杆B、第四连杆C和转动副X；其中，第四连杆A与第四机架周向转动连接；第四连杆B两端均为转动副，分别连接第四连杆A和第四连杆C；第四连杆C末端为转动副X。

第二辅运动支链包括第五机架、第五连杆A、第五连杆B、第五连杆C、第五连杆D、第五连杆E和虎克铰V；第五连杆A与第五机架周向转动连接；；第五连杆B两端均为转动副，分别连接第五连杆A和第五连杆C；第五连杆D两端均为转动副，分别连接第五连杆B和第五连杆E；第五连杆E分别与第五连杆C和第五连杆D通过转动副相连接，第五连杆E末端为虎克铰V。