[發明專利]一種球坐標型低耦合并聯機構

有效

• 申請號: 201811323317.3
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109333509B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 劉海濤;許可;黃田;肖聚亮;梅江平
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發明公開了一種球坐標型低耦合并聯機構，包括靜平臺、動平臺、連接靜/動平臺的簡單支鏈Ⅰ、Ⅱ和復雜支鏈；簡單支鏈Ⅰ包括具有至少兩個自由度的鉸鏈Ⅰ、移動副Ⅰ和球副Ⅰ；簡單支鏈Ⅱ包括具有至少兩個自由度的鉸鏈Ⅲ、移動副Ⅲ和球副Ⅲ；復雜支鏈由子鏈Ⅰ、Ⅱ并聯再串聯轉動副Ⅰ；子鏈Ⅰ包括轉動副Ⅱ、移動副Ⅱ和球副Ⅱ；子鏈Ⅱ包括轉動副Ⅳ和移動副Ⅳ；轉動副Ⅱ、Ⅳ軸線平行，并同時繞轉動副Ⅰ軸線轉動；移動副Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為主動輸入，動平臺產生垂直于靜平臺的移動和分別繞轉動副Ⅱ、Ⅰ軸線的轉動。本發明重構定平臺上運動副分布位置，并合并共軸運動副，將兩或三條支鏈轉化為一條混合支鏈，以減少第一回路有效自由度的方式降低了機構偶合度。

技術領域

本發明涉及并聯機構，特別涉及一種球坐標型低耦合并聯機構，為機器人執行器和機構型綜合提供一個新的一平移兩轉動構型。

背景技術

Tricept(US4732525、US6301525)具有良好的靜/動態性能、工作空間/機座體積比大和結構可重構等特點，在工業領域得到廣泛應用。最初的原型機Tricept 600問世于1987年，后又開發出Tricept 605、Tricept 805、Tricept 1005、Tricept 9000，但這類構型耦合度較高(κ＝2)，近年來，有大量學者致力于對Tricept的研究。專利CN100446940C提出的TriVariant-A混聯機構，簡化了并聯機構的整體結構，實現了機構的結構降耦，但整體剛性降低。能夠繼承Tricept優良特性，而又低耦合度的球坐標型并聯機構還不多，因此提出新型的球坐標型低耦合并聯機構很有現實意義。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，為機器人執行器提供一種新型的具有一平移兩轉動輸出的球坐標型低耦合并聯機構，優化Tricept機構存在的不足，另外，為機構型綜合提供新型的一平移兩轉動輸出的結構單元。

本發明所采用的技術方案是：一種球坐標型低耦合并聯機構，包括靜平臺、動平臺、以及連接所述靜平臺和所述動平臺的運動鏈，所述運動鏈包括簡單支鏈Ⅰ、簡單支鏈Ⅱ、具有一平移兩轉動輸出的復雜支鏈；

所述簡單支鏈Ⅰ為主動支鏈，由所述靜平臺至所述動平臺依次包括相互連接的：具有至少兩個自由度的鉸鏈Ⅰ、移動副Ⅰ和球副Ⅰ，所述簡單支鏈Ⅰ的一端通過所述鉸鏈Ⅰ與所述靜平臺連接、另一端通過所述球副Ⅰ與所述動平臺連接；

所述簡單支鏈Ⅱ為主動支鏈，由所述靜平臺至所述動平臺依次包括相互連接的：具有至少兩個自由度的鉸鏈Ⅲ、移動副Ⅲ和球副Ⅲ，所述簡單支鏈Ⅱ的一端通過所述鉸鏈Ⅲ與所述靜平臺連接、另一端通過所述球副Ⅲ與所述動平臺連接；

所述復雜支鏈包括子鏈Ⅰ、子鏈Ⅱ和轉動副Ⅰ，所述子鏈Ⅰ和所述子鏈Ⅱ共面，并并聯連接于所述靜平臺和所述動平臺之間，所述轉動副Ⅰ串聯連接在所述子鏈Ⅰ和所述子鏈Ⅱ的端部之間，并與所述靜平臺連接；所述子鏈Ⅰ為主動支鏈，由所述靜平臺至所述動平臺依次包括相互連接的轉動副Ⅱ、移動副Ⅱ和球副Ⅱ，所述子鏈Ⅰ的末端通過所述球副Ⅱ與所述動平臺連接；所述子鏈Ⅱ為被動支鏈，由所述靜平臺至所述動平臺依次包括相互連接的轉動副Ⅳ和移動副Ⅳ，所述子鏈Ⅱ的末端與所述動平臺固定連接；所述轉動副Ⅱ與所述轉動副Ⅳ軸線平行，并與所述轉動副Ⅰ軸線垂直，且同時繞所述轉動副Ⅰ軸線轉動；

所述移動副Ⅰ、移動副Ⅱ、移動副Ⅲ為主動輸入，所述動平臺產生垂直于所述靜平臺的移動和分別繞所述轉動副Ⅱ、轉動副Ⅰ軸線的轉動。

進一步的，所述鉸鏈Ⅰ和所述鉸鏈Ⅲ均采用軸線任意布置的虎克副。

進一步的，所述鉸鏈Ⅰ和所述鉸鏈Ⅲ均采用球副。

本發明的有益效果是：本發明根據Tricept機構(Tricept機構耦合度為2)，重構定平臺上運動副分布位置，并合并共軸運動副，將兩條或三條支鏈轉化為一條混合支鏈，以減少第一回路的有效自由度的方式降低了機構耦合度(本發明機構耦合度為1)。因此，該機構運動學和動力學分析要比Tricept機構簡單。

附圖說明