[发明专利]一种三转动一移动广义解耦并联机器人机构

说明书

一种三转动一移动广义解耦并联机器人机构，它包括基座、动平台以及连接基座和动平台的四个分支，四个分支的一端均布在基座四周，其另一端呈正三角形均布在动平台上，第一和第二分支为同一个连接点，其中第一和第二分支的一端通过移动副与基座连接，其另一端通过转动副与动平台连接，且第一和第二分支与动平台相连的转动副轴线重合，第三和第四分支的一端通过转动副与基座连接，其另一端通过转动副与动平台连接；第一分支中的三个连杆、第二分支中的四个连杆、第三和第四方式中的五个连杆均通过转动副连接。本发明的四个分支的组成各不相同，不同分支间完全解耦，且结构简单、易于控制，能够实现三个转动和一个方向移动的完全解耦。

技术领域

本发明属于机器人领域,特别涉及一种并联机构。

背景技术

传统并联机构具有结构刚度好，承载能力大，累积误差小等特点，使其在机器人、虚拟轴机床、微型机械手领域得到广泛的应用。但由于强耦合性的存在使得并联机构在构型设计、分析计算以及机构控制方面存在诸多困难，一定程度上限制了并联机构的应用。

解耦最初是控制系统中所使用的一个概念，即采用某种结构或寻找合适的控制规律来消除系统中各控制回路之间的相互耦合关系，进而使得输入与输出之间保持一一对应关系，即每一个输入仅控制一个输出，而每一个输出也仅受到唯一一个输入信号的影响。虽然研究者已经发现并应用具有解耦性质的并联机构，但是针对并联机构解耦性的研究非常少，并联机构的解耦研究还未形成系统的理论。经过对现有技术的搜索发现，公开号为CN105108734A的中国专利，公开了一种三转一移完全各向同性并联机器人机构，目的是提供一种一维移动和三维转动四自由度运动输入与输出完全一一对应的并联机构，机构包括结构不同的三个支链，且三个支链中四个驱动运动副分别为移动副(P11)、转动副(Rz)、(R21)、(R32)，具有成本低、运动学和力传递性能良好等优点，可应用于并联机器人、并联机床、微动机器人等场合，但该机构仅含有三个分支，刚度较低，承载能力弱。总体来说，三转动一移动并联机器人机构以相互耦合的居多，而结构简单、控制方便的三转动一移动广义解耦并联机器人机构则仍不多见。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构组成简单、控制方便、能够实现三个转动及一个移动的完全解耦的三转动一移动广义解耦并联机器人机构。

本发明包括基座、动平台以及连接基座和动平台的四个分支，四个分支的一端均布在基座四周，其另一端呈正三角形均布在动平台上，第一和第二分支为同一个连接点，初始状态下三个转动副轴线均垂直于基座，动平台与基座平行；其中第一分支的一端通过移动副与基座连接，第一连杆的一端与第一移动副连接，第一连杆的另一端通过第一转动副与第二连杆的一端连接，第二连杆的另一端通过第二转动副与第三连杆的一端连接，第三连杆的另一端通过第三转动副与动平台连接，其中第一移动副与第一转动副轴线相垂直，第一转动副、第二转动副、第三转动副的转动轴线汇交于一点；

第二分支的一端通过第二移动副与基座连接，第四连杆的一端与第二移动副连接，第四连杆的另一端通过第四转动副与第五连杆的一端连接，第五连杆的另一端通过第五转动副与第六连杆的一端连接，第六连杆的另一端通过第六转动副与第七连杆的一端连接，第七连杆的另一端通过第七转动副与第八连杆的一端连接，第八连杆的另一端通过第八转动副与动平台连接，其中第八转动副与第一分支中的第三转动副轴线重合，其中第二移动副与第四、第八转动副轴线垂直，且与第五、第六、第七转动副的轴线相平行；

第三分支的一端通过第九转动副与基座连接，第九连杆的一端与第九转动副连接，第九连杆的另一端以及第十、第十一、第十二、第十三连杆依次通过第十、第十一、第十二、第十三转动副连接，第十三连杆的另一端通过第十四转动副与动平台连接，其中第九、第十转动副轴线平行,第十一转动副与第十转动副的轴线垂直，第十二、第十三、第十四转动副轴线平行；