[发明专利]一种弱对称一平移两转动球坐标型零耦合并联机构

说明书

本发明公开了一种弱对称一平移两转动球坐标型零耦合并联机构，包括连接静/动平台的复杂支链Ⅰ、Ⅱ；复杂支链Ⅰ由子链Ⅰ、Ⅲ并联再串联转动副Ⅴ；子链Ⅰ、Ⅲ分别包括转动副Ⅰ和移动副Ⅰ，转动副Ⅲ和移动副Ⅲ，末端均与动平台铰接；转动副Ⅰ、Ⅲ同时绕转动副Ⅴ轴线转动；复杂支链Ⅱ由子链Ⅱ、Ⅳ并联再串联转动副Ⅵ；子链Ⅱ包括转动副Ⅱ和移动副Ⅱ，末端与动平台铰接；子链Ⅳ包括转动副Ⅳ和移动副Ⅳ，末端与动平台固接；转动副Ⅱ、Ⅳ同时绕转动副Ⅵ轴线转动；移动副Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为主动输入，动平台产生垂直静平台的移动和绕转动副Ⅰ、Ⅴ轴线的转动。本发明底座为四边形结构且耦合度为零，有利于机构的运动学正解分析，有利于机构运行位置的实时控制。

技术领域

本发明涉及并联机构，特别涉及一种弱对称一平移两转动球坐标型零耦合并联机构，为机器人执行器和机构型综合提供一个新的弱对称一平移两转动构型。

背景技术

近年来，具有1T2R(一平移两转动)输出的球坐标型并联机构得到广泛应用，专利US4732525提出应用比较广泛的Tricept混联机器人。该混联机器人由 1T2R并联机构串联两个转动构成，具有良好的静/动态性能、工作空间/机座体积比大及可重构等特点。但并联主体结构耦合度较高，结构复杂，机构铰链数目和构件数目过多，导致其制造成本高、工艺复杂。专利CN100446940C发明的 TriVariant-A混联机器人，简化了并联机构的整体结构，但其位置正解无法得到解析解。专利CN104985596B开发的Trimule，实现了机构的耦合度降低，整机性能较好，但结构上呈单侧只有一条支链，另一侧为三条支链(一对三分布)，这势必影响整体机构重心的偏移。

具有弱对称1T2R输出、结构上呈二对二分布的并联机构还不多，特别是零耦合机构更是少之又少，因此要提出新型的球坐标型零耦合并联机构。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，为机器人执行器提供一种新型的具有弱对称一平移两转动输出的球坐标型零耦合并联机构，优化同类机构存在的不足，另外，为机构型综合提供新型的弱对称一平移两转动输出的结构单元。

本发明所采用的技术方案是：一种弱对称一平移两转动球坐标型零耦合并联机构，包括静平台、动平台、以及连接所述静平台和所述动平台的运动链，所述运动链包括均具有弱对称一平移两转动的复杂支链Ⅰ和复杂支链Ⅱ；

所述复杂支链Ⅰ包括子链Ⅰ、子链Ⅲ和转动副Ⅴ，所述子链Ⅰ和所述子链Ⅲ共面，并并联连接于所述静平台和所述动平台之间，所述转动副Ⅴ串联连接在所述子链Ⅰ和所述子链Ⅲ的端部之间，并与所述静平台连接；所述子链Ⅰ由所述静平台至所述动平台依次包括相互连接的转动副Ⅰ、移动副Ⅰ和运动副Ⅰ，所述运动副Ⅰ实现所述子链Ⅰ与所述动平台铰接并使得所述子链Ⅰ在所述子链Ⅰ和所述子链Ⅲ共面平面内绕所述运动副Ⅰ转动；所述子链Ⅲ由所述静平台至所述动平台依次包括相互连接的转动副Ⅲ、移动副Ⅲ和运动副Ⅲ，所述运动副Ⅲ实现所述子链Ⅲ与所述动平台铰接并使得所述子链Ⅲ在所述子链Ⅰ和所述子链Ⅲ共面平面内绕所述运动副Ⅲ转动；所述转动副Ⅰ的轴线与所述转动副Ⅲ的轴线平行，并与所述转动副Ⅴ的轴线垂直，且同时绕所述转动副Ⅴ的轴线转动；

所述复杂支链Ⅱ包括子链Ⅱ、子链Ⅳ和转动副Ⅵ，所述子链Ⅱ和所述子链Ⅳ共面，并并联连接于所述静平台和所述动平台之间，所述转动副Ⅵ串联连接在所述子链Ⅱ和所述子链Ⅳ的端部之间，并与所述静平台连接；所述子链Ⅱ由所述静平台至所述动平台依次包括相互连接的转动副Ⅱ、移动副Ⅱ和运动副Ⅱ，所述运动副Ⅱ实现所述子链Ⅱ与所述动平台铰接并使得所述子链Ⅱ在所述子链Ⅱ和所述子链Ⅳ共面平面内绕所述运动副Ⅱ转动；所述子链Ⅳ由所述静平台至所述动平台依次包括相互连接的转动副Ⅳ和移动副Ⅳ，所述子链Ⅳ的末端与所述动平台固定连接；所述转动副Ⅱ的轴线与所述转动副Ⅳ的轴线平行，并与所述转动副Ⅵ的轴线垂直，且同时绕所述转动副Ⅵ的轴线转动；

所述转动副Ⅴ的轴线与所述转动副Ⅵ的轴线平行，所述转动副Ⅰ的轴线与所述转动副Ⅱ的轴线平行，并联机构整体呈矩形布置；