[发明专利]一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置

说明书

本发明提供了一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，包括基座、动平台、电动缸、十字铰、球铰以及随动支链，各个电动缸的下端部分别通过十字铰与基座的上表面连接，各个电动缸的上端部分别通过球铰与动平台的下表面连接，该随动支链的下端部通过十字铰与基座的中部连接，该随动支链的上端部与动平台的下表面连接，动平台具有两个转动自由度和一个升降自由度，各个电动缸协同运动，实现任意方向的转动和一定范围内的升降。

技术领域

本发明属于混联机器人机构学领域，涉及一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置。

背景技术

随着并联机构研究领域的不断深入，学者们发现很多实际任务操作过程中，运用六个自由度工作空间的情况是相对较少的，而少自由度并联机构研究中三自由度并联机构研究逐渐成为热点，最经典的当属3-RPS并联机构，但其存在工作空间较小，刚度性能不强等缺点。

国内外学者对三自由度并联机构进行了深入的研究，其中最为广泛的是3-RPS并联机构，采用3个包含转动副、球副、移动副的RPS分支连接动、静平台，其构造简单、成本低廉、操作方便、解耦容易，成为少自由度并联机构科学研究和工业应用的重要形式，但传统的3-RPS并联机构由于自由度较少，其自身受到恒定外负载的抗变形能力较弱，相对于多自由度并联机构静刚度性能较差。另一方面，采用3支链形式工作冗余度，在单个支链发生故障时，并联机构难以正常工作，而部分采用多支链设计的并联机构又存在支链过多过冗余，构造复杂度上升，操作控制难度加大，产品成本呈增加趋势。

发明内容

本发明的技术解决问题：为克服现有技术不足，提供一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，提升对动平台的刚性支撑能力、动平台载荷能力以及平台的安全性。

本发明的技术解决方案：

一种四支链驱动单支链随动的并串混联装置，包括基座、动平台、电动缸、十字铰、球铰以及随动支链，各个电动缸的下端部分别通过十字铰与基座的上表面连接，各个电动缸的上端部分别通过球铰与动平台的下表面连接，该随动支链的下端部通过十字铰与基座的中部连接，该随动支链的上端部与动平台的下表面连接，动平台具有两个转动自由度和一个升降自由度，各个电动缸协同运动，实现任意方向的转动和一定范围内的升降。

电动缸的下端部和上端部分别连接于基座和动平台的边缘，以在各个电动缸、基座和动平台之间形成一个活动空间，该随动支链位于活动空间内。

相邻两个电动缸的距离相等，并且相对的两个电动缸相互对称，随动支链位于基座和动平台的中心位置。

任意方向的转动范围为0-20°，升降范围为0-450mm。

任意方向转动方法为：通过电动缸改变驱动支链的杆长l_i＝||r₅+a_i-b_i||，其中，b_i为基座中心至驱动支链与基座连接点的矢量；r5为基座中心至动平台的矢量；ai为动平台中心至驱动支链与动平台连接点的矢量，进而调整动平台的倾斜角度α、β。

控制升降的方法为：建立中间矢量a_i＝Ra_pi，其中ai为动平台中心至驱动支链与动平台连接点的矢量，a_pi为水平状态下动平台中心至驱动支链与动平台连接点A_i的矢量，R为倾角α、β确定的旋转矩阵，

进而根据位置闭环约束，得到各驱动支链杆长l_i＝||r₅+a_i-b_i||，其中b_i为基座中心至驱动支链与基座连接点的矢量,通过电动缸改变各驱动支链杆长，完成姿态调整；根据高度调整需求，通过电动缸以相同状态调整各驱动支链杆长，实现动平台升降运动。

电动缸具有自锁功能。