一种二自由度解耦的并联机构的制作方法

本发明涉及并联机构技术领域，尤其涉及一种二自由度解耦的并联机构。

背景技术：

自1938年首次提出并联机器人以来，因其具较大刚度、较强的承载能力、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等特点，广泛应用于社会的各个领域。目前，常见的有2自由度、3自由度、4自由度、6自由度并联机构；目前，3自由度并联机构是研究最多、应用最广的一类少自由度并联机构。它按动平台自由度的类型可以分为四类：3转动并联机构、2转动1移动并联机构、1转动2移动并联机构、3移动并联机构。其中，球面并联机构属于3转动并联机构，其能实现绕动平台参考点运动球面的球心的任意转动，当机构运动时，机构动平台上所有的点都绕着该球心、以一个固定半径转动。球面并联相对于一般的并联机构的优势是工作空间大、灵活可靠、不易发生干涉等。

如燕山大学高峰教授等人提出的一种具有中心球面铰链的偏置输出三自由度球面并联机构(cn101306534)，其具有典型的3-rrr型机构特征。实现绕固定中心做三个方向转动。

燕山大学黄真教授提出一种具有对称结构且无伴随运动的并联机构(cn102962840)。其能够定、动平台中间对称平面内的任意一条轴或者任意一点连续转动，能有效的避免伴随运动的发生。

上海大学沈龙提出的一种球面三自由度并联机构天线结构系统(cn101924266)。其较一般的3自由度球型机构相比，具有较大的工作空间。

上海交通大学林荣富等人提出的具有弧形移动副的三自由度球面并联机构(cn104827463)。采用弧形移动副的形式来实现动平台绕弧形的中点做三个方向的转动。

这些机构支链的运动副配置大多包含rr或者rrr，并且这些运动副的轴线相交于一点，来实现动平台的3个自由度的运动，其中上海交通大学林荣富采用弧形移动副，使得通过运动副的弧形配置，让动平台受到三个方向的力约束，而仅仅能够绕弧形的中心做三个方向的转动，不具备部分解耦性。

技术实现要素：

鉴于此，有必要提供一种具备运动解耦性的二自由度解耦的并联机构。

一种二自由度解耦的并联机构，包括静平台、安装于所述静平台上的旋转部、与所述旋转部一端可转动连接的动平台、固定连接于所述旋转部侧边的弧形支链、一端收容于所述弧形支链形成的内部空腔中且可沿所述弧形支链的切线方向做往复运动的弧形连杆、所述弧形连杆的另一端均固定连接于所述动平台的侧缘，所述旋转部可带动所述动平台绕垂直所述静平台所在的方向做360度旋转，所述弧形连杆沿所述弧形支链切线方向做往复运动以使所述动平台可绕所述弧形支链所在的平面的轴线转动。

在其中一些实施例中，所述旋转部包括第一驱动单元及旋转单元，所述第一驱动单元包括固定于所述静平台上的第一驱动电机及与所述第一驱动电机固定连接的第一驱动齿轮，所述旋转单元包括固定于所述静平台上的支架及套设于所述支架上的旋转件，所述旋转件上开设有与所述第一驱动齿轮相啮合的第一齿状。

在其中一些实施例中，所述第一驱动电机与所述支架的轴线相互平行。

在其中一些实施例中，所述旋转件的一端安装有第二驱动单元，所述第二驱动单元包括第二驱动电机及与所述第二驱动电机连接的驱动丝杆，所述驱动丝杆上套设有螺纹套，所述螺纹套的一端通过球铰与所述动平台转动连接。

在其中一些实施例中，所述弧形连杆与所述动平台之间设置有连接杆，所述连接杆的一端穿过所述弧形连杆端部开设的小孔，另一端固定连接于所述动平台的侧缘，所述连接杆的轴线不经过所述球铰的中心。

在其中一些实施例中，所述旋转件与所述动平台之间设置有约束杆，所述约束杆的一端固定连接于所述旋转件，另一端通过转动副与所述动平台转动连接。

在其中一些实施例中，所述转动副的轴线与所述弧形连杆所在的平面垂直。

在其中一些实施例中，所述弧形连杆与所述动平台之间设置有连接杆，所述连接杆的一端穿过所述弧形连杆端部开设的小孔，另一端固定连接于所述动平台的侧缘，所述连接杆的轴线经过转动副的转动中心。

在其中一些实施例中，所述弧形支链的侧边安装有第三驱动单元，所述第三驱动单元包括固定于所述弧形支链侧边上的第三驱动电机以及与所述第三驱动电机固定连接的第三驱动齿轮，所述弧形连杆上开设有与所述第三驱动齿轮相啮合的第三齿状。

本发明提供的二自由度解耦的并联机构，包括静平台、安装于所述静平台上的旋转部、与所述旋转部一端可转动连接的动平台、固定连接于所述旋转部侧边的弧形支链、一端收容于所述弧形支链形成的内部空腔中且可沿所述弧形支链的切线方向做往复运动的弧形连杆、所述弧形连杆的另一端均固定连接于所述动平台的侧缘，上述二自由度解耦的并联机构，所述旋转部可带动所述动平台绕垂直所述静平台所在的方向做360度旋转，所述弧形连杆沿所述弧形支链切线方向做往复运动以使所述动平台可绕所述弧形支链所在的平面的轴线转动，这样使得动平台的两个个方向转动，彼此由两个方向、彼此之间相互独立的驱动单元所驱动，使得机构的两个转动动作具有解耦性。

附图说明

图1为本发明一实施方式提供的二自由度解耦的并联机构的结构示意图；

图2为本发明另一实施方式提供的二自由度解耦的并联机构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明一实施方式的二自由度解耦的并联机构100，包括：静平台110、旋转部120、动平台130、弧形支链140、及弧形连杆150。

其中：所述旋转部120安装于所述静平台110上，所述动平台130与所述旋转部120的一端铰接，所述弧形支链140固定连接于所述旋转部120的侧边，所述弧形连杆150的一端收容于所述弧形支链140形成的内部空腔中且所述弧形连杆150可沿所述弧形支链140的切线方向做往复运动所述弧形连杆150的另一端固定连接于所述动平台130的侧缘。

可以理解，本发明提供的二自由度解耦的并联机构100，所述旋转部120可带动所述动平台130绕垂直所述静平台110所在的方向做360度旋转，所述弧形连杆150沿所述弧形支链140切线方向做往复运动以使所述动平台130可绕所述弧形支链140所在的平面的轴线转动，这样使得动平台130的两个方向转动，彼此由两个方向、彼此之间相互独立的驱动单元所驱动，使得机构的两个转动动作具有解耦性。

在本发明一较佳实施例中，静平台110结构可以为方形板块。可以理解，静平台110的结构根据需要设计成圆形板块、长方形板块等结构。

在本发明一较佳实施例中，所述旋转部120包括第一驱动单元121及旋转单元122，具体方案如下：

所述第一驱动单元121包括固定于所述静平台110上的第一驱动电机1211及与所述第一驱动电机1211固定连接的第一驱动齿轮1212。

所述旋转单元122包括固定于所述静平台110上的支架1221及套设于所述支架1221上的旋转件1222，所述旋转件1222上开设有与所述第一驱动齿轮1212相啮合的第一齿状1223，所述旋转件1222的一端与所述动平台130铰接。

优选地，所述第一驱动电机1211与所述支架1221的轴线相互平行。

请参阅图1，在本发明提供的一实施方式中，所述旋转件1222的一端安装有第二驱动单元160，所述第二驱动单元160包括第二驱动电机161及与所述第二驱动电机161连接的驱动丝杆162，所述驱动丝杆162上套设有螺纹套163，所述螺纹套163的一端通过球铰164与所述动平台130转动连接。

可以理解，通过第二驱动电机161驱动丝杆162，经由丝杠传动方式，使得螺纹套163沿着驱动丝杆162的轴线做往复移动，可以使得动平台130能够绕着球铰164转动。

优选地，所述弧形连杆150与所述动平台130之间设置有连接杆170，所述连接杆170的一端穿过所述弧形连杆150端部开设的小孔，另一端固定连接于所述动平台130的侧缘，所述连接杆150的轴线不经过所述球铰164的中心。

请参阅图2，在本发明提供的另一实施方式中，所述旋转件122与所述动平台130之间设置有约束杆180，所述约束杆180的一端固定连接于所述旋转件122，另一端通过转动副(图未示)与所述动平台130转动连接。

优选地，所述转动副的轴线与所述弧形连杆150所在的平面垂直。

优选地，所述弧形连杆150与所述动平台130之间设置有连接杆170，所述连接杆170的一端穿过所述弧形连杆150端部开设的小孔，另一端固定连接于所述动平台130的侧缘，所述连接杆170的轴线经过转动副的转动中心。

可以理解，本发明提供的上述实施例中，所述第一驱动电机1211输出的力矩由第一驱动齿轮1212通过齿轮啮合驱动第一齿状1223绕支架1221的轴线转动，在弧形支链140与连接杆170的作用下，使得动平台130能够绕着支架1221的轴线做360°旋转运动。

本发明提供的上述实施例中，弧形支链140可以为弧形的管状结构。弧形支链140的空腔的横截面可以为圆形、椭圆形或方形等结构。所述弧形连杆150的横截面可以为与第一弧形支链140空腔结构相匹配的圆形、椭圆或方形等结构。

可以理解，所述弧形连杆140的一端收容于所述弧形支链140形成的内部空腔中且所述弧形连杆150可沿所述弧形支链140的切线方向做往复运动，以使所述动平台130绕所述弧形支链140所在的平面的轴线转动。

在本发明一较佳实施例中，所述弧形支链140的侧边还可以安装有第三驱动单元141，所述第三驱动单元141包括固定于所述弧形支链140侧边上的第三驱动电机142以及与所述第三驱动电机142固定连接的第三驱动齿轮143，所述弧形连杆150上开设有与所述第三驱动齿轮143相啮合的第三齿状151。可以理解，所述第三驱动电机142的输出端通过联轴器与所述第三驱动齿轮143联接，且所述弧形连杆150的侧边上开有一侧口，使得第三驱动齿轮143能够与第三齿状151的齿状特征啮合。

可以理解，通过弧形支链140上的第三驱动电机142驱动第三驱动齿轮143的转动从而带动弧形连杆150上开设有与所述第三驱动齿轮143相啮合的第三齿状151的转动，使得弧形连杆150在弧形支链140的空腔内沿弧形切线方向的往复移动，使得动平台130可以绕着过球铰的中心并垂直与弧形支链140所在的平面的轴线转动。

本发明提供的二自由度解耦的并联机构100，所述旋转部120可带动所述动平台130绕垂直所述静平台110所在的方向做360度旋转，所述弧形连杆150沿所述弧形支链140切线方向做往复运动以使所述动平台130可绕所述弧形支链140所在的平面的轴线转动，这样使得动平台130的两个个方向转动，彼此由两个方向、彼此之间相互独立的驱动单元所驱动，使得机构的两个转动动作具有解耦性。

上述二自由度解耦的并联机构100，结构简单可靠，驱动能力强，灵活度较高，动平台130运动平稳，可应用于虚轴机床、工业机器人、航空模拟设备、医疗设备等领域。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。