[發明專利]一種三轉動二移動轉軸不匯交的廣義解耦并聯機構

有效

• 申請號: 201710521460.2
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107344359B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 曾達幸;王華明;李明;鄭旭;王娟娟
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 13116 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙)
• 代理人: 崔鳳英

一種三轉動二移動轉軸不匯交的廣義解耦并聯機構，其包括基座、動平臺以及連接基座和動平臺的五個分支，其中基座上設有五個支架，第一、第三、第四和第五支架均布在基座四周，第二支架設置在第一和第三支架中間，動平臺底面上均勻布置四個支架；第一分支和第二分支結構相同，為PPRRR分支，第三分支為RRRRPP分支，第四分支為RRRRRP分支，第五分支為PPRRRR分支，五個分支通過運動副間的軸線約束關系實現完全解耦。本發明機構強度高、結構緊湊、穩定性好，實現了空間交錯三自由度轉動和垂直于基座平面兩自由度移動五自由度運動學上的完全解耦，克服了傳統五自由度并聯機構控制復雜、強耦合性、分析計算繁瑣等缺點。

技術領域

本發明屬于機器人領域，特別涉及一種并聯機構。

背景技術

并聯機構通常由動平臺和定平臺通過多條支鏈連接而成，與串聯機構相比，其具有結構緊湊、剛度好、承載能力大、累積誤差小等優點，使其在運動模擬器、并聯機床、機器人、調姿調向裝置等領域得到廣泛的應用。但是并聯機構為完成期望運動輸出通常需要所有驅動構件相互協調運動，這給控制帶來很大的麻煩。并聯機構存在的耦合性，使得其在構型設計、分析計算以及機構控制方面存在諸多困難，一定程度上限制了并聯機構的應用。特別是五自由度并聯機構，大多數不具有解耦特征，控制較為復雜。

解耦并聯機構可以實現運動解耦，并且機構解耦程度越高其運動學、動力學分析越簡單易解，可極大簡化機器人的控制與軌跡規劃問題。經過對現有技術的檢索發現，公開號為CN104942829A的中國專利公開了一種二移動三轉動五自由度轉動移動完全解耦并聯機構，該機構包括由動平臺、基座以及三條支鏈組成，支鏈的一端均與基座活動連接，另一端與動平臺轉動連接；三條支鏈均為雙轉動自由度支鏈，其中至少兩條支鏈與基座二維活動連接。該機構僅含有三個分支，剛度較低，承重能力不高；動平臺被支鏈包圍，空間狹小，不利于放置大型目標運動物。克服現有機構的弊端，解決存在的轉動耦合問題，提出結構功能各異的新型機構是機構學發展的基本要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種承載力大、易于控制、能夠實現三個轉動和兩個移動五自由度完全解耦的三轉動二移動轉軸不匯交的廣義解耦并聯機構。

本發明包括基座、動平臺以及連接基座和動平臺的五個分支，其中所述基座上設有五個支架，第一、第三、第四和第五支架均布在基座四周，第二支架設置在第一和第三支架中間，其中第一和第五支架呈對角布置，第三和第四支架呈對角布置，動平臺底面上均勻布置四個支架，第一和第四支架呈對角布置，第二和第三支架呈對角布置，第一和第二分支為一個連接點；第一分支和第二分支結構相同，為PPRRR分支，第三分支為RRRRPP分支，第四分支為RRRRRP分支，第五分支為PPRRRR分支；

所述第一和第二分支中的第一連桿分別通過第一移動副與基座的第一支架和第二支架連接，第一連桿的另一端與第二、第三和第四連桿依次通過第二移動副和第一、第二轉動副連接，第四連桿的另一端分別通過第三轉動副與動平臺的第一支架連接；在第一和第二分支中，第二移動副移動方向同時垂直于第一移動副移動方和基座平面，第一轉動副軸線垂直于第一移動副移動方向且平行于第二移動副移動方向，第一轉動副、第二轉動副和第三轉動副中相鄰兩個轉動副軸線相互垂直交錯，無匯交點，這兩個分支中的第三轉動副軸線重合；

所述第三分支中的第一連桿的一端通過第一轉動副與基座的第三支架連接，第一連桿的另一端與第二、第三、第四和第五連桿依次通過第二、第三和第四轉動副以及第一移動副連接，第五連桿的另一端通過第二移動副與動平臺的第二支架連接；該分支中，第一轉動副的軸線與第一分支的第一轉動副的軸線平行，第二轉動副的軸線和第一移動副的移動方向相互平行，并共同平行于第一分支中的第二轉動副軸線，第三轉動副、第四轉動副的軸線和第二移動副的移動方向相互平行，并共同平行于第一分支中第三轉動副的軸線；