[发明专利]一种球坐标型低耦合并联机构

说明书

本发明公开了一种球坐标型低耦合并联机构，包括静平台、动平台、连接静/动平台的简单支链Ⅰ、Ⅱ和复杂支链；简单支链Ⅰ包括具有至少两个自由度的铰链Ⅰ、移动副Ⅰ和球副Ⅰ；简单支链Ⅱ包括具有至少两个自由度的铰链Ⅲ、移动副Ⅲ和球副Ⅲ；复杂支链由子链Ⅰ、Ⅱ并联再串联转动副Ⅰ；子链Ⅰ包括转动副Ⅱ、移动副Ⅱ和球副Ⅱ；子链Ⅱ包括转动副Ⅳ和移动副Ⅳ；转动副Ⅱ、Ⅳ轴线平行，并同时绕转动副Ⅰ轴线转动；移动副Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为主动输入，动平台产生垂直于静平台的移动和分别绕转动副Ⅱ、Ⅰ轴线的转动。本发明重构定平台上运动副分布位置，并合并共轴运动副，将两或三条支链转化为一条混合支链，以减少第一回路有效自由度的方式降低了机构偶合度。

技术领域

本发明涉及并联机构，特别涉及一种球坐标型低耦合并联机构，为机器人执行器和机构型综合提供一个新的一平移两转动构型。

背景技术

Tricept(US4732525、US6301525)具有良好的静/动态性能、工作空间/机座体积比大和结构可重构等特点，在工业领域得到广泛应用。最初的原型机Tricept 600问世于1987年，后又开发出Tricept 605、Tricept 805、Tricept 1005、Tricept 9000，但这类构型耦合度较高(κ＝2)，近年来，有大量学者致力于对Tricept的研究。专利CN100446940C提出的TriVariant-A混联机构，简化了并联机构的整体结构，实现了机构的结构降耦，但整体刚性降低。能够继承Tricept优良特性，而又低耦合度的球坐标型并联机构还不多，因此提出新型的球坐标型低耦合并联机构很有现实意义。

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一平移两转动输出的球坐标型低耦合并联机构，优化Tricept机构存在的不足，另外，为机构型综合提供新型的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：一种球坐标型低耦合并联机构，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，所述运动链包括简单支链Ⅰ、简单支链Ⅱ、具有一平移两转动输出的复杂支链；

所述简单支链Ⅰ为主动支链，由所述静平台至所述动平台依次包括相互连接的：具有至少两个自由度的铰链Ⅰ、移动副Ⅰ和球副Ⅰ，所述简单支链Ⅰ的一端通过所述铰链Ⅰ与所述静平台连接、另一端通过所述球副Ⅰ与所述动平台连接；

所述简单支链Ⅱ为主动支链，由所述静平台至所述动平台依次包括相互连接的：具有至少两个自由度的铰链Ⅲ、移动副Ⅲ和球副Ⅲ，所述简单支链Ⅱ的一端通过所述铰链Ⅲ与所述静平台连接、另一端通过所述球副Ⅲ与所述动平台连接；

所述复杂支链包括子链Ⅰ、子链Ⅱ和转动副Ⅰ，所述子链Ⅰ和所述子链Ⅱ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Ⅰ串联连接在所述子链Ⅰ和所述子链Ⅱ的端部之间，并与所述静平台连接；所述子链Ⅰ为主动支链，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和球副Ⅱ，所述子链Ⅰ的末端通过所述球副Ⅱ与所述动平台连接；所述子链Ⅱ为被动支链，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Ⅱ的末端与所述动平台固定连接；所述转动副Ⅱ与所述转动副Ⅳ轴线平行，并与所述转动副Ⅰ轴线垂直，且同时绕所述转动副Ⅰ轴线转动；

所述移动副Ⅰ、移动副Ⅱ、移动副Ⅲ为主动输入，所述动平台产生垂直于所述静平台的移动和分别绕所述转动副Ⅱ、转动副Ⅰ轴线的转动。

进一步的，所述铰链Ⅰ和所述铰链Ⅲ均采用轴线任意布置的虎克副。

进一步的，所述铰链Ⅰ和所述铰链Ⅲ均采用球副。

本发明的有益效果是：本发明根据Tricept机构(Tricept机构耦合度为2)，重构定平台上运动副分布位置，并合并共轴运动副，将两条或三条支链转化为一条混合支链，以减少第一回路的有效自由度的方式降低了机构耦合度(本发明机构耦合度为1)。因此，该机构运动学和动力学分析要比Tricept机构简单。

附图说明