[發明專利]無牽連運動的1T2R并聯機構

在審

• 申請號: 202010907706.1
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN111923029A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 曹毅;居勇健;費鴻博;周輝
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 無錫盛陽專利商標事務所(普通合伙) 32227
• 代理人: 顧吉云

本發明提供了無牽連運動的1T2R并聯機構，其在使用時無牽連運動同時運動具有三角化解耦特性。其包括定平臺、動平臺和用于連接定平臺和動平臺的支鏈一、支鏈二和支鏈三，支鏈一包括移動副一、萬向副一；支鏈二包括移動副二、轉動副一、萬向副二；支鏈三包括移動副三、轉動副二、萬向副三、轉動副三。并聯機構的輸出運動類型為PU類，其轉動中心不存在x、y方向的牽連運動，且其運動具有三角化解耦特性。該機構可作為并聯機器人或機械手的執行機構，實現兩維轉動和一維移動三自由度抓取或其他操作。

技術領域

本發明涉及并聯機器人技術領域，具體為無牽連運動的1T2R并聯機構。

背景技術

近年來，PU類1T2R少自由度并聯機構，已經在多軸加工機床、坐標測量機、運動模擬器、微操作機械手等方面得到了實際應用。其中應用最為廣泛的3-RPS并聯機構，及與其同類異型的3-RRS、3-PPS、3-PRS(Z3主軸頭)，由于其兩條轉軸間的幾何關系具有時變性質，會導致動平臺的轉動中心發生x和y方向的牽連運動，即機構動平臺轉動時會引起被約束的兩個移動自由度的小幅度運動。

盡管牽連運動的幅度較小，但對PU類并聯的性能有重要影響，不僅使機構的運動學變得復雜，也增加了控制和標定的難度。例如：以3-PRS并聯機構為基礎的望遠鏡次級調焦裝置，x、y方向的牽連運動會使望遠鏡光軸偏斜，造成成像畸變，且由于牽連運動是該機構的固有特性，無法通過自身的控制系統來補償；以Z3主軸頭(3-PRS)為核心功能部件搭建的Ecospeed五軸加工中心，雖然牽連運動可以通過增加的兩軸移動進行補償，但這樣使機構數學模型更復雜，限制了終端精度。此外，由于并聯機構輸入與輸出間的耦合性，其運動學正解、動力學分析相較于串聯機構，求解十分復雜，而強耦合性也使并聯機構的控制與軌跡規劃變得困難，具有解耦特性的并聯機構更能滿足工程實際需要，具有廣泛的應用前景。避免牽連運動，同時保證機構的解耦特性，是設計新型PU類并聯機構的關鍵問題。

現有的PU類1T2R并聯機構如CN201625978U、CN208614774U；前者雖然無牽連運動，且實現了機構的三角化解耦，但由于采用了球鉸，不僅限制了機構的轉角，也增加了加工制造的難度；后者雖然未使用球鉸，但機構仍存在一個方向上的牽連運動，影響機構的精度。因此避免牽連運動，同時保證機構的解耦特性，是設計新型PU類并聯機構的關鍵問題。

發明內容

針對現有的并聯機構存在牽連運動、機構耦合性強，運動不易控制問題，本發明提供了無牽連運動的1T2R并聯機構，其在使用時無牽連運動同時運動具有三角化解耦特性。

其技術方案是這樣的：無牽連運動的1T2R并聯機構，其包括定平臺、動平臺和用于連接所述定平臺和所述動平臺的支鏈一、支鏈二和支鏈三，其特征在于：所述支鏈一包括移動副一、萬向副一，所述移動副一與所述定平臺連接，所述萬向副一與所述動平臺連接，所述移動副一通過連桿一與所述萬向副一的連接軸一連接，所述移動副一的中心線與所述連接軸一的軸線垂直；

所述支鏈二包括移動副二、轉動副一、萬向副二，所述移動副二與所述定平臺連接，所述萬向副二與所述動平臺連接，所述移動副二通過連桿二與所述轉動副一連接，所述轉動副一通過連桿三與所述萬向副二的連接軸二連接，所述移動副二的中心線與所述轉動副一的轉動軸線垂直，所述轉動副的轉動軸線與所述連接軸二的軸線平行；

所述支鏈三包括移動副三、轉動副二、萬向副三、轉動副三，所述移動副三與所述定平臺連接，所述轉動副三與所述動平臺連接，所述移動副三通過連桿四與所述轉動副二連接，所述轉動副二通過連桿五與所述萬向副三的連接軸三連接，所述萬向副三的連接軸四通過連桿六與所述轉動副三連接，所述移動副三的中心線與所述轉動副二的轉動軸線垂直，所述轉動副二的轉動軸線與所述連接軸三的軸線平行，所述連接軸四的軸線與所述轉動副三的轉動軸線平行，所述轉動副三的轉動軸線與所述動平臺所在的平面平行；