[发明专利]具有两移一转三自由度的解耦空间并联机构

说明书

技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间并联机构。

背景技术

并联机构具有结构刚度大、承载能力强、运动精度高、累积误差小、动力学性能好等优点，故其在机械工业领域得到广泛的应用。国内外诸多学者，其中包括Gogu、Gosselin、Clavel、Tsai、Kong、黄真、和高峰等，他们都对并联机构的研究做出了重要贡献。

目前所研究的并联机构中，很多都存在着强耦合性这一并联机构的突出特点。而解耦性并联机构不仅能克服并联机构强耦合性带来的构型设计、计算分析、装配及运动控制等诸多困难，还能使并联机构继续保持对串联机构承载能力强、累积误差小、刚度大等优点。解耦并联机构还可使机构获得更大的工作空间、更好的各向同性以及更高的运动精度。

在少自由度并联机构研究中，对于两移一转三自由度并联机构的解耦性研究取得一些进展，例如，中国专利公开号为CN102476294A提出了一种专用三自由度两平移一转动并联机构，该机构较简单、易于精密加工、存在部分控制解耦性；中国专利公开号为CN102431027A提出一种两移一转三自由度解耦空间并联机构，该机构的三个自由度运动完全解耦，并且两个移动自由度的方向与定平台平面平行，而转动自由度的轴线与定平台平面垂直。此外，中国专利公开号为CN102922310A也提出了一种2T1R三自由度空间并联机构。上述发明机构虽然机构动平台能实现两移一转运动，但大部分机构的解耦性并没有很好解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、加工制造方便、控制容易、输入输出解耦的具有两移一转三自由度的解耦空间并联机构。

本发明包括定平台、动平台以及连接这两个平台的三个分支，其中定平台为长方形结构，该定平台的一边设有滑轨，该滑轨的中心线与定平台底面平行，动平台为等腰三角形结构；分支一中的第一连杆的一端与移动副连接，该移动副设在滑轨上，可以在滑轨上移动，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接；分支二中的第一连杆通过转动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与动平台连接；分支三中的第一连杆的一端通过转动副与定平台连接，该第一连杆的另一端通过转动副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过转动副与第三连杆的一端连接，该第三连杆的另一端通过转动副与第四连杆的一端连接，该第四连杆的另一端通过转动副与动平台连接。

在分支一中，移动副的移动方向和三个转动副的轴线平行；在分支二中，除与定平台连接的转动副外，其它三个转动副的轴线平行，且与和定平台连接的转动副的轴线垂直；在分支三中，分别与定平台和动平台连接的两个转动副的轴线平行，另外的三个转动副的轴线平行，且与和定平台和动平台连接的两个转动副的轴线垂直。

上述三个分支分别与定平台连接的一个移动副和两个转动副为各分支的输入运动副，移动副的移动方向和两个转动副的轴线平行，且均平行于定平台。分支一和分支三与动平台连接的转动副的轴线平行，都始终与动平台平行，分支二与动平台连接的转动副的轴线与另两个分支和动平台连接的转动副的轴线垂直，且也始终与动平台平行。

上述分支一中，第一连杆在移动副的驱动下发生移动，并带动第二连杆发生移动，第二连杆又带动第三连杆发生移动，最终经第三连杆的移动带动动平台发生平行于定平台的移动；分支二中，第一连杆在第一转动副驱动下发生转动，并带动第二连杆发生转动，第二连杆又带动第三连杆发生转动，最终经第三连杆的转动带动动平台发生绕平行于定平台轴线的转动；分支三中，第一连杆在第一转动副的驱动下发生转动，并带动第二连杆发生转动，最终带动第四连杆发生转动，动平台在第四连杆的带动下发生垂直于定平台的移动；且这三个方向的两个移动和一个转动运动是无条件解耦的，互不干涉。

上述分支一中与定平台连接的移动副和最近的第一个转动副能够用一个与转动副轴线平行的圆柱副代替；上述分支二中与定平台连接最近的两个转动副能够用虎克铰代替；上述分支三中与定平台连接最近的两个转动副和与动平台连接最近的两个转动副，也能够分别用两个虎克铰代替。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、机构结构简单，运动副均为低副，可以降低制造成本；

2、空间两个移动自由度和一个转动自由度完全解耦，使机构的控制和正反解极为容易，并且降低了机构的轨迹规划的难度；