[發明專利]一種無奇異完全各向同性空間三維轉動并聯機構

有效

• 申請號: 201410178135.7
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103968207A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 郭曉寧;高林芳
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: F16M11/12
• 分類號: F16M11/12;F16M11/18
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及并聯機構領域，具體涉及無奇異完全各向同性空間三維轉動并聯機構。

背景技術

并聯機構通常是由動平臺、靜平臺以及聯接兩個平臺的支鏈三部分組成。相對于串聯機構，并聯機構具有剛度大、精度高、承載能力強、速度響應快、累積誤差小等特點。因此，并聯機構在并聯機床、微操作機器人、醫療機器人、運動模擬器等領域具有廣闊的應用前景。但是一般的并聯機構均具有強耦合性，這使得機構在控制、標定和軌跡規劃方面非常困難。由此可見，解耦是并聯機構的關鍵問題。

完全各向同性并聯機構是指在整個工作空間內，雅克比矩陣條件數恒等于1的機構。該機構完全解耦，在整個工作空間內不存在運動學奇異，且控制簡單。因此，具有完全各向同性的并聯機構近年來成為并聯機構的研究熱點。

目前，已有一些學者設計出具有完全各向同性的并聯機構，并申請了國家發明專利。

專利號：200710017956.2（發明名稱：無奇異完全各向同性空間移動并聯機構，申請日：2007.05.31公開日：2007.10.24公開號：CN 101058185A)該發明由三條相同的支鏈組成，每條支鏈由兩個圓柱副和一個轉動副組成。該機構輸入輸出速度成一一對應的線性關系，軌跡規劃方便；

專利號：201010250918.3（發明名稱：一種完全各向同性三自由度空間并聯機器人，申請日：2010.08.11公開日：2010.12.29公開號：CN 101927491A)該發明由三個移動副、六個轉動副和兩個虎克絞組成，能夠實現兩個方向移動，一個方向轉動。該機構控制簡單、標定和運動軌跡規劃容易實現。

專利號：201010274733.6（發明名稱：解耦的三轉動并聯機構，申請日：2010.09.07公開日：2011.01.05公開號：CN 101934521A)該發明由三個虎克絞、兩個球鉸、一個移動副、一個轉動副構成。雖然結構簡單，但是存在難以高精度加工的球鉸，此外該機構并不能徹底解決運動耦合問題。

專利號：201110079087.2（發明名稱：一種解耦式三轉動并聯機構，申請日：2011.03.30公開日：2011.07.13公開號：CN 102020299A）該發明由三條支鏈組成，第一條支鏈為URRRRRRR第二條支鏈為RR 第三條支鏈為UPRR。該機構整體結構復雜，雖運動解耦但并不能徹底解決運動耦合問題。

目前，三轉動并聯機構大都是解耦的而非完全各向同性的，解耦問題并沒有徹底解決，鑒于完全各向同性并聯機構的優點，設計具有完全各向同性的三轉動并聯機構具有重大的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種無奇異完全各向同性空間三維轉動并聯機構，解決目前空間三維轉動并聯機構存在的運動耦合性強（控制困難）、奇異位形復雜及工作空間小等問題。

本發明的技術方案在于：

一種無奇異完全各向同性空間三維轉動并聯機構，由動平臺、靜平臺以及聯接動平臺和靜平臺的第一條運動支鏈、第二條運動支鏈和第三條運動支鏈組成，其特征在于：所述第一條運動支鏈用以驅動動平臺三維轉動的一個方向運動，所述第二條運動支鏈用以驅動動平臺三維轉動的另一個方向運動，所述第三條運動支鏈用以驅動三維轉動的還有一個方向運動。

其中，所述的第一條運動支鏈是由第一轉動副、第二轉動副和第三轉動副依次串聯組成；所述的第一轉動副與第二轉動副通過第一構件聯接，第二轉動副與第三轉動副通過第二構件聯接，其中第一轉動副與靜平臺相聯接，第三轉動副與動平臺相聯接；

所述的第二條運動支鏈是由第四轉動副、第五轉動副和第六轉動副依次串聯組成；所述第四轉動副與第五轉動副通過第三構件相連，第五轉動副與第六轉動副通過第四構件相連，其中，第四轉動副與靜平臺相連，第六轉動副與動平臺相連；

所述的第三條運動支鏈是由第七轉動副、第八轉動副、第九轉動副、第一移動副、第二移動副和第三移動副依次串聯而成；第七轉動副與第八轉動副通過第五構件相連，第八轉動副與第九轉動副通過第六構件相連，第九轉動副與第一移動副通過第七構件相連，第一移動副與第二移動副通過第八構件相連，第二移動副與第三移動副通過第九構件相連；第七轉動副與靜平臺相連，第三移動副與動平臺相連。

所述的第一轉動副的轉動軸線與第四轉動副的轉動軸線垂直；所述第四轉動副的轉動軸線與第七轉動副的轉動軸線垂直；所述第七轉動副的轉動軸線與第一轉動副的轉動軸線垂直。