[实用新型]一种球面并联机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种球面并联机构。

背景技术

球面五杆机构是一种两自由度机构，它由五根杆件通过五个转动副首尾相连，并且所有转动副的轴线汇交于一点（即转动中心），机构的输出参考点有沿球面的两个平动自由度。与单自由度的四杆机构相比，它能完成更加复杂的运动轨迹，并具有结构简单、运动灵活、易于控制等优点。

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。其中，球面并联机构是重要的并联机构之一，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。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种球面并联机构，负载能力强，定位精度高，工作空间大，动平台上不用安装驱动机构，结构简单轻便。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案：

一种球面并联机构，包括机座和动平台，所述机座和动平台之间设有至少两组运动支链，一组运动支链包括两个主动连杆和两个从动连杆；

同一组运动支链中，两个主动连杆分别通过机座转动副与机座转动连接，一个主动连杆对应通过一个连杆转动副与一个从动连杆转动连接，两个从动连杆通过输出转动副转动连接，该两个从动连杆的连接点为输出参考点，该输出参考点通过动平台转动副与动平台转动连接；

运动支链的数量等于N，N≥2；

机座转动副、连杆转动副、输出转动副和动平台转动副的轴线交汇于同一点。

所述动平台至少包含两根连接杆。

作为一种方案，所述动平台由2根连接杆构成，该2根连接杆之间通过连接杆转动副转动连接，两组运动支链形成两个输出参考点，该两个输出参考点分别通过动平台转动副与连接杆转动连接，该动平台转动副与连接杆转动副不重合。

作为另一种方案，所述动平台由四根连接杆通过连接杆转动副首尾转动连接围合形成，两组运动支链通过两个动平台转动副与动平台转动连接，其中该两个动平台转动副对应与该动平台上对称的两个连接杆转动副重合。

作为另外一种方案，所述动平台由六根连接杆通过连接杆转动副首尾转动连接围合形成，三组运动支链通过三个动平台转动副与动平台转动连接，其中该三个动平台转动副对应与该动平台上的三个连接杆转动副重合。

本实用新型通过增加运动支链，辅助动平台跨越奇异位形从而得到更大的转动能力，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。

两组运动支链的运动是相对解耦的，从而使得其运动学特性更加简单。易于控制、标定；也使得其动平台部分能够同时搭载多种不同类型的机构，同时完成多项不同的工作，从而扩大了它的应用范围。

另外，可以通过在动平台上增加一个能够将动平台重构能力转化为沿球面法向移动的末端执行器，避免在动平台上安装额外的电机。或者利用重构能力将动平台直接用作末端执行器，实现诸如抓取等操作。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图；

附图2为本实用新型的立体结构示意图；

附图3为本实用新型的运动示意图；

附图4为本实用新型的平台重构示意图；

附图5为本实用新型的运动并发生平台重构的示意图；

附图6为本实用新型驱动末端执行器沿球面法向移动的结构示意图；