[发明专利]一种动平台具有重构能力的球面并联机构

说明书

一种动平台具有重构能力的球面并联机构，包括机座、动平台和运动支链，所述动平台由包括至少四根连接杆的球面多杆机构构成，各个连接杆通过连接杆转动副首尾转动连接围合形成动平台，运动支链一端通过机座转动副与机座转动连接、另一端通过动平台转动副与动平台转动连接，其中动平台转动副与连接杆转动副共轴线，运动支链的数量与动平台所包含的连接杆的数量相同，连接杆转动副、机座转动副和动平台转动副的轴线交汇于同一点。本发明提高了动平台的转动能力，并增大实际可用的工作空间，同时提高机构的刚度，从而提高其负载能力和运动精度，改善其工作性能。

技术领域

本发明涉及一种并联机构，具体地说是一种动平台具有重构能力的球面并联机构。

背景技术

并联机构为动平台和静平台通过至少两个独立的运动链相连接，具有两个或两个以上的自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。和串联机器人相比，并联机器人具有以下优点：累积误差小、精度较高；驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，运动部分重量轻，速度高，动态响应好；结构紧凑，刚度高，承载能力大。因此，并联机器人在对设备刚度、

运动速度、定位精度或载重要求较高的场合应用较为广泛。

少自由度并联机构是指自由度少于6的并联机构，可应用于许多适于并联机构操作但不需要全部6个自由度的工作任务。与6自由度并联机构相比，少自由度并联机构具有结构简单、易于控制、制造方便、价格低廉等优点。其中，球面并联机构是重要的少自由度并联机构之一，目前在卫星跟踪随动装置、数控回转台，电子灵巧眼等实际工程领域中已经得到一定的应用。

但由于受到奇异位形的限制，并联机构动平台的转动能力往往都比较小，即使是相对简单的平面并联机构，在理论上能达到的转动范围也不超过180°，实际上会更小；奇异位形还影响了动平台运动的灵活性，因为靠近奇异位形时动平台的载荷传递效率急速下降；此外，机构的运动支链较少时承载能力也较差，从而影响动平台的工作性能。

冗余驱动并联机构是输入构件数目多于输出构件自由度数的并联机构，有些并联机构会通过增加冗余驱动支链来辅助平台跨越奇异位形，从而得到更大的转动能力，但冗余驱动会导致过约束从而产生内力，使机构面临复杂的控制问题；还有一部分并联机构则选择在某些支链中增加冗余驱动，但这导致了混合结构的出现，从而改变原有并联机构的载荷传递特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种动平台具有重构能力的球面并联机构，提高了动平台的转动能力，并增大实际可用的工作空间，同时提高机构的刚度，从而提高其负载能力和运动精度，改善其工作性能。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种动平台具有重构能力的球面并联机构，包括机座、动平台和运动支链，所述动平台由包括至少四根连接杆的球面多杆机构构成，各个连接杆通过连接杆转动副首尾转动连接围合形成动平台，运动支链一端通过机座转动副与机座转动连接、另一端通过动平台转动副与动平台转动连接，其中动平台转动副与连接杆转动副重合，运动支链的数量与动平台所包含的连接杆的数量相同，连接杆转动副、机座转动副和动平台转动副的轴线交汇于同一点。

所述运动支链由主动连杆和从动连杆构成，主动连杆一端通过机座转动副与机座转动连接、另一端通过连杆转动副与从动连杆一端转动连接，从动连杆另一端与动平台上的动平台转动副转动连接，该连杆转动副和连接杆转动副、机座转动副、动平台转动副的轴线交汇于同一点。

所述主动连杆和从动连杆均为弧形杆。

所述主动连杆的长度大于、等于或者小于从动连杆的长度。

所述球面多杆机构由四根连接杆构成，运动支链的数量为四条，该四条运动支链均匀分布或者不规则分布在机座上。

所述球面多杆机构由五根连接杆构成，运动支链的数量为五条，该五条运动支链均匀分布或者不规则分布在机座上。