一种一平移两转动球坐标型零耦合并联机构的制作方法

本发明涉及并联机构，特别涉及一种一平移两转动球坐标型零耦合并联机构，为机器人执行器和机构型综合提供一个新的一平移两转动构型。

背景技术：

近年来，具有一平移两转动输出的球坐标型并联机构得到广泛应用，其中最成功的就是由neumann于1988年发明的tricept五自由度混联机器人(us4732525)。该混联机器人由一平移两转动并联机构串联两个转动副，具有良好的静/动态性能、工作空间/机座体积比大及构型可重构等特点。但并联主体结构耦合度较高，结构复杂，机构铰链数目和构件数目过多，导致其制造成本高、工艺复杂。黄田教授于2008年发明的trivariant-a(cn100446940c)简化了并联机构的整体结构，但其位置正解无法得到解析解。又于2015年开发的trimule(cn104985596b)实现了机构的耦合度降低，但结构上又增加了支链，提高了制造成本。

具有一平移两转动输出、结构简单的并联机构还不多，特别是零耦合机构更是少之又少，因此要提出新型的球坐标型零耦合并联机构。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，为机器人执行器提供一种一平移两转动球坐标型零耦合并联机构，优化同类机构存在的不足，另外，为机构型综合提供新型的一平移两转动输出的结构单元。

本发明所采用的技术方案是：一种一平移两转动球坐标型零耦合并联机构，包括静平台、动平台、以及连接所述静平台和所述动平台的运动链，所述运动链包括均具有一平移两转动输出的复杂支链和简单支链；

所述复杂支链包括支链ⅰ、支链ⅱ和转动副ⅳ，所述支链ⅰ和所述支链ⅱ共面，并并联连接于所述静平台和所述动平台之间，所述转动副ⅳ串联连接在所述支链ⅰ和所述支链ⅱ的端部之间，并与所述静平台连接；所述支链ⅰ由所述静平台至所述动平台依次包括相互连接的转动副ⅰ、移动副ⅰ和运动副ⅰ，所述运动副ⅰ实现所述支链ⅰ与所述动平台铰接并使得所述支链ⅰ在所述支链ⅰ和所述支链ⅱ共面平面内绕所述运动副ⅰ转动；所述支链ⅱ由所述静平台至所述动平台依次包括相互连接的转动副ⅱ、移动副ⅱ和运动副ⅱ，所述运动副ⅱ实现所述支链ⅱ与所述动平台铰接并使得所述支链ⅱ在所述支链ⅰ和所述支链ⅱ共面平面内绕所述运动副ⅱ转动；所述转动副ⅰ与所述转动副ⅱ轴线平行，并与所述转动副ⅳ轴线垂直，且同时绕所述转动副ⅳ轴线转动；

所述简单支链包括虎克副和移动副ⅲ，所述虎克副包括轴线垂直的转动副ⅲ和转动副ⅲ`，所述转动副ⅲ轴线与所述转动副ⅳ轴线平行；所述简单支链的一端通过所述虎克副与所述静平台铰接、另一端与所述动平台固定连接；

所述移动副ⅰ、移动副ⅱ、移动副ⅲ为主动输入，所述动平台产生垂直于所述静平台的移动和分别绕所述转动副ⅰ、转动副ⅳ轴线的转动。

进一步的，所述运动副ⅰ和所述运动副ⅱ均采用球副。

进一步的，所述运动副ⅰ和所述运动副ⅱ均采用轴线与所述转动副ⅰ、转动副ⅱ轴线平行的转动副。

进一步的，所述支链ⅰ和所述支链ⅱ平行布置。

进一步的，所述支链ⅰ和所述支链ⅱ相交布置。

本发明的有益效果是：本发明与同类一平移两转动球坐标型并联机构相比，结构简单，制造成本低且耦合度为零，不仅有利于机构的运动学特别是位置正解分析，而且有利于机构运行位置的实时控制。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是整体结构中复杂支链示意图。

附图标注：0-静平台，1-动平台，2、3、4、5、6、7-构件，r1-转动副ⅰ，r2-转动副ⅱ，r3-转动副ⅲ，r`3-转动副ⅲ`，r12-转动副ⅳ，u3-虎克副，p1-移动副ⅰ，p2-移动副ⅱ，p3-移动副ⅲ，s1-球副ⅰ，s2-球副ⅱ。

o-动平台输出点；h-复杂支链输出点。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如附图1和图2所示，一种一平移两转动球坐标型零耦合并联机构，包括静平台0、动平台1、以及连接所述静平台0和所述动平台1的复杂支链和简单支链。

所述复杂支链包括支链ⅰ、支链ⅱ和转动副ⅳr12。所述支链ⅰ和所述支链ⅱ共面，可以平行布置、也可以相交布置；所述支链ⅰ和所述支链ⅱ并联连接于所述静平台0和所述动平台1之间；所述转动副ⅳr12串联连接在所述支链ⅰ和所述支链ⅱ的端部之间，并与所述静平台0连接。所述支链ⅰ由所述静平台0至所述动平台1依次包括相互连接的转动副ⅰr1、移动副ⅰp1和运动副ⅰ，所述运动副ⅰ实现所述支链ⅰ与所述动平台1铰接并使得所述支链ⅰ在所述支链ⅰ和所述支链ⅱ共面平面内绕所述运动副ⅰ转动；所述运动副ⅰ采用球副ⅰs1或采用轴线与所述转动副ⅰr1轴线平行的转动副，当所述运动副ⅰ采用球副ⅰs1时，所述支链ⅰ即为r-p-s支链，当所述运动副ⅰ采用轴线与所述转动副ⅰr1轴线平行的转动副时，所述支链ⅰ即为r-p-r支链。所述支链ⅱ由所述静平台0至所述动平台1依次包括相互连接的转动副ⅱr2、移动副ⅱp2和运动副ⅱ，所述运动副ⅱ实现所述支链ⅱ与所述动平台1铰接并使得所述支链ⅱ在所述支链ⅰ和所述支链ⅱ共面平面内绕所述运动副ⅱ转动；所述运动副ⅱ采用球副ⅱs2或采用轴线与所述转动副ⅱr2轴线平行的转动副，当所述运动副ⅱ采用球副ⅱs2时，所述支链ⅱ即为r-p-s支链，当所述运动副ⅱ采用轴线与所述转动副ⅱr2轴线平行的转动副时，所述支链ⅱ即为r-p-r支链。所述转动副ⅰr1与所述转动副ⅱr2轴线平行，并且，所述转动副ⅰr1、所述转动副ⅱr2轴线与所述转动副ⅳr12轴线垂直；所述转动副ⅰr1与所述转动副ⅱr2同时绕所述转动副ⅳr12轴线转动。

所述简单支链为u-p支链，包括虎克副u3和移动副ⅲp3，所述虎克副u3包括轴线垂直的转动副ⅲr3和转动副ⅲ`r`3，所述转动副ⅲr3轴线与所述转动副ⅳr12轴线平行；所述简单支链的一端通过所述虎克副u3与所述静平台0铰接、另一端与所述动平台1固定连接，限制所述动平台1的自由度。

所述移动副ⅰp1、移动副ⅱp2、移动副ⅲp3为主动输入，所述动平台1产生垂直于所述静平台0的移动和分别绕所述转动副ⅰr1、转动副ⅳr12轴线的转动。

连接所述静平台0和所述动平台1的所述复杂支链和所述简单支链均具有一平移两转动输出，且机构耦合度为零。图2中，h点为所述复杂支链的输出点，h点输出的运动即为一平移两转动。图1中，o点为所述动平台1的输出点。机构动平台1产生垂直于静平台0的移动和分别绕转动副ⅰr1、转动副ⅳr12轴线的转动，且耦合度为零。

其中，构件2的一端与转动副ⅰr1连接，构件2与构件3由移动副ⅰp1连接，构件3另一端由球副ⅰs1(或轴线与转动副ⅰr1轴线平行的转动副)与动平台1连接；构件4的一端与转动副ⅱr2连接，构件4与构件5由移动副ⅱp2连接，构件5另一端由球副ⅱs2(或轴线与转动副ⅱr2轴线平行的转动副)与动平台1连接；构件6的一端与虎克副u3连接，构件6与构件7由移动副ⅲp3连接，构件7另一端与动平台1固接。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。