[發明專利]一種部分解耦的二自由度并聯機構

在審

• 申請號: 201810465309.6
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108356802A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 肖新華
• 申請（專利權）人: 湖北理工學院
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 宋濤

本發明公開了一種部分解耦的二自由度并聯機構，包括靜平臺、動平臺及第一運動支鏈、第二運動支鏈；第一運動支鏈包括第一轉動副，靜平臺通過第一轉動副與第一弧形連桿的一端轉動連接；第二運動支鏈包括第二轉動副,在靜平臺上設有支架，支架通過第二轉動副與第二弧形連桿的一端轉動連接，第二弧形連桿的另一端與第三弧形連桿的一端轉動連接；在動平臺的側面裝有互為90°夾角布置的第一銷軸和第二銷軸；第一弧形連桿的另一端與第一銷軸轉動連接；第三弧形連桿的另一端與第二銷軸轉動連接；本發明結構簡單、運行平穩、靈活度高，實現了兩個轉動自由度彼此之間的部分解耦，可應用于虛擬機床、航空模擬設備和工業機器人以及醫療外科設備等領域。

技術領域

本發明涉及一種并聯機構，尤其是一種部分解耦的二自由度并聯機構。

背景技術

自1938年首次提出并聯機構以來，因其具較大剛度、較強的承載能力、誤差小、精度高、自重負荷比小、動力性能好、控制容易等特點,并聯機構廣泛應用于重載模擬設備、機器人、數控機床、傳感器及微操作等領域。

目前，常見的有2自由度、3自由度、4自由度、5自由度、6自由度并聯機構。這些并聯機構的各驅動單元耦合，即并聯機器人整體輸出平臺沿任意一個方向的運動都是所有驅動單元的運動合成，且各驅動單元的運動與并聯機構整體運動(即輸入與輸出)之間是非線性的。這將導致并聯機構控制復雜，標定困難，且制約了精度的提高。因而，如何實現并聯機構的解耦，以簡化其控制和標定，提高運動精度，一直是一個困難而富于挑戰性的課題。

為了清楚描述并聯機構解耦的問題，首先說明如下概念的定義：

解耦：如果并聯機構在某方向的平動或者轉動僅依賴一個方向驅動單元動作，則稱之為解耦；

無條件解耦：如果并聯機器人在任意位置和姿態下都是解耦的，則稱之為無條件解耦；

有條件解耦：如果并聯機器人在任意位置或者特定姿態下是解耦的，則稱之為有條件解耦(也稱部分解耦)；

瞬時解耦：如果并聯機器人僅在特定位置或者特定姿態下是解耦的，則稱之為瞬時解耦。

目前，在并聯機構解耦研究方面已經取得了眾多的成果，但是這些成果也相應地存在一些問題，具體如下：

專利文獻CN1775487提出了二自由度解耦球面并聯機構，但因運動支鏈的平行四邊形機構由移動副代替，限制了機構的轉動范圍；

專利文獻CN2762940公開一種球面三自由度并聯機構，該并聯機構可實現一個軸方向的360度轉動，但三個方向轉動完全耦合，即不能解耦；

專利文獻CN202162805U提出的具有三自由度的球面轉動并聯機構，能實現三自由度解耦，但其支鏈內部含有胡克鉸鏈限制了機構的轉動范圍；

專利文獻CN104308833A提出的解耦型兩轉動并聯機構僅實現半球轉動；

專利文獻CN102126212A提出的一類運動解耦兩轉動機構，但支鏈內部所含有的虎克鉸鏈限制了機構的轉動范圍；

專利文獻CN1803410A提出的二自由度解耦球面并聯機構，能實現二自由度無條件解耦，但當動平臺承受一定的靜載荷時，動平臺繞轉動副旋轉，由于轉動副摩擦圓的影響，限制了動平臺的工作空間；雖然提出了兩種偏置方法能實現工作空間的擴大，但仍不能使得動平臺具有全球面工作空間；

專利文獻CN106426109A提出了一種可實現全球面工作空間的解耦型二自由度并聯機構，能實現二自由度無條件下的轉動自由度解耦，該并聯機構其中一個方向的轉動采用連桿銷軸的方式來實現的，導致動平臺在該方向旋轉的過程中，相關連桿的回轉半徑較大，而其另外動平臺的回轉中心點不是兩個旋轉副軸線的交點，這樣限制其在精密定位中的應用；。

發明內容