[发明专利]一种大转角2T2R四自由度并联机构

说明书

本发明公开了一种大转角2T2R四自由度并联机构，包括基座、动平台、第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；动平台包括主平台、次平台和第一转动副，主平台和次平台通过第一转动副连接，主平台和次平台的轴线相互垂直且共面，主平台可绕次平台的轴线转动；第一支链和第三支链所在平面与第二支链和第四支链所在平面相互垂直；第一支链和第三支链的一端分别与基座连接，另一端分别与主平台连接，第二支链和第四支链的一端分别与基座连接，另一端分别与次平台连接。第一支链和第三支链结构相同，为UPS型支链，第二支链和第四支链结构相同，为RPR型支链。本发明结构简单、工作空间大、转角范围大、灵活性高、精度高、容易实现模块化。

技术领域

本发明涉及四自由度并联机器人的技术领域，具体涉及一种大转角2T2R四自由度并联机构。

背景技术

传统机床在结构方面一般采用串联机构，而串联结构存在惯性较大、刚度较低、加工精度较差等缺点。与传统串联式机床相比，并联机床具有总体刚度高、精度较高等优点。

近年来，少自由度并联机构在机床领域得到了广泛的应用。Tricept混联机械手模块是由一个1T2R运动模式的3自由度的并联机构和一个2自由度的转头串联而成的混联机构。并联机构由3条相同的UPS主动支链和1条UP从动支链组成。以Tricept为基础，各国学者及工程师又推出了大量的变型机构和改进机构，如天津大学的黄田等提出的TriVariant和TriMule。以Sprint Z3型主轴头为基础的一系列机床加工中心同样在市场上得到了广泛的认可。Sprint Z3型主轴头是由德国DS-Technologie公司于2002年发明的。Sprint Z3是3-RPS姿态型并联机构可实现1T2R型运动模式。

但并联机构也存在工作空间较小，运动奇异、正解求解困难、控制复杂等缺点。其中，转角范围小是并联机构应用于机床领域的一个亟待解决的问题。本发明提出的机构属于少自由度并联机构中的四自由度并联机构，能实现两维转动和两维移动，并可以实现较大的转动角度。

发明内容

本发明的目的旨在克服已有二维移动和二维转动四自由度并联机构转角范围小的缺点，该机构在具备一般四自由度并联机构的优点的同时，其转角范围有了明显提高。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种大转角2T2R四自由度并联机构，包括基座、动平台、第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；动平台包括主平台、次平台和第一转动副，主平台和次平台通过第一转动副连接，主平台和次平台的轴线相互垂直且共面，主平台可绕次平台的轴线转动；第一支链和第三支链所在平面与第二支链和第四支链所在平面相互垂直；第一支链和第三支链的一端分别与基座连接，第一支链和第三支链的另一端分别与主平台连接，第二支链和第四支链的一端分别与基座连接，第二支链和第四支链的另一端分别与次平台连接。

进一步地，次平台位于所述主平台和基座之间。

进一步地，第一支链为UPS型运动支链，包括第一上连杆、第一下连杆、第一移动副、虎克铰和复合球铰，第一上连杆和第一下连杆通过第一移动副相连接，第一移动副为驱动副，复合球铰位于第一上连杆的自由端，第一支链与主平台通过复合球铰连接，虎克铰位于第一下连杆的自由端，第一支链与基座通过虎克铰连接，第三支链和第一支链结构相同。

进一步地，第二支链为RPR型运动支链，包括第二上连杆、第二下连杆、第二移动副、第二转动副和第三转动副，第二上连杆和第二下连杆通过第二移动副相连接，第二移动副为驱动副，第二转动副和第三转动副的轴线相互平行并与第一转动副轴线相互垂直，第二转动副位于第二上连杆的自由端，第二支链与次平台通过第二转动副连接，第三转动副位于第二下连杆的自由端，第二支链与基座通过第三转动副连接，第四支链和第二支链的结构相同。

进一步地，第二支链和第四支链所包含的转动副的轴线相互平行。