大工作空间两转动并联机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人、精密仪器和设备领域，特别涉及一种两转动并联机构。
技术背景
[0002]并联机构可定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构具有运动精度高、刚度大、动态响应好等优点，但由于并联机构受运动副工作空间和支链干涉等影响，使得并联机构的运动空间普遍较小，严重制约了并联机构在工业和机器人等领域的应用，所以研究具有大工作空间的并联机构具有重要的应用价值。
[0003]并联机构的自由度可分为移动自由度和转动自由度，其中移动工作空间可通过增大机构尺寸的办法增大，然而转动工作空间却不随机构尺寸的增大而增加。国外对大工作空间转动类并联机构研究较早，发明专利US7478576B2和发明专利US7472622B2公开了一种具有大工作空间的三支链两转动并联机构，并成功应用于机器人关节等领域；发明专利US6658962B1公开了一种四支链两转动并联机构，并将其应用于仿生机器人中，取得了较好的效果。国内对具有大转动工作空间并联机构研究成果较少，其中发明专利CN103217986A和发明专利CN103433916A对大工作空间两转动并联机构进行了研究，并取得了一些成果。国内外对大工作空间转动类并联机构的研究虽取得了一定的成果，但新机构构型仍然较为匮乏，已公开机构中的运动副多为转动副，转动副轴线之间的约束关系较强，给机构的加工装配带来了很大的困难，且机构的刚度普遍较小，限制了该类机构在工业中的进一步应用。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种大工作空间两转动并联机构，可实现动平台相对定平台做两自由度转动，该并联机构构型丰富，且具有刚度大，支链运动副约束较少，转动工作空间大等优点，可广泛应用于机器人、精密仪器和设备等领域。
[0005]本发明的技术方案具体如下:
[0006]本发明包括定平台、动平台、连接定、动平台的运动支链，其中:动平台与定平台之间通过至少三条运动支链连接，所述运动支链之间通过多条耦合连杆和一条中心连杆相互连接，每条运动支链与中心连杆之间均由一条耦合连杆连接，耦合连杆一端与运动支链中的中连杆固定连接，親合连杆另一端与中心连杆通过转动副连接，所有親合连杆与中心连杆连接形成的转动副的轴线相互重合形成一条轴线，设该条轴线为中心轴线L;
[0007]每条运动支链均由下连杆、中连杆和上连杆组成，对于任意一条运动支链，其结构为:下连杆一端与定平台通过转动副连接，且该转动副轴线与所述中心轴线L相交于一点P，下连杆另一端与中连杆通过下连杆运动副连接，所述下连杆运动副可以是转动副或球面副，若所述下连杆运动副为转动副，则该转动副轴线过所述点P;上连杆一端与动平台之间通过转动副连接，且该转动副轴线与所述中心轴线L相交于一点Q，点Q与所述点P不重合，上连杆另一端与中连杆通过上连杆运动副连接，所述上连杆运动副可以是转动副或球面副，若所述上连杆运动副为转动副，则该转动副轴线过所述点Q ；
[0008]对于所有的下连杆运动副和上连杆运动副，至少有一个下连杆运动副或上连杆运动副为球面副。
[0009]所述运动支链的具体结构类型可分为以下四种:
[00? O] RRSR型支链:下连杆一端与定平台通过转动副连接，且该转动副轴线与所述中心轴线L相交于一点P，下连杆另一端与中连杆通过转动副连接，该转动副轴线过所述点P;上连杆一端与动平台通过转动副连接，且该转动副轴线与所述中心轴线L相交于一点Q，点Q与所述点P不重合，上连杆另一端与中连杆通过球面副连接；
[0011 ] RSRR型支链:下连杆一端与定平台通过转动副连接，且该转动副轴线与所述中心轴线L相交于一点P，下连杆另一端与中连杆通过球面副连接;上连杆一端与动平台通过转动副连接，且该转动副轴线与所述中心轴线L相交于一点Q，点Q与所述点P不重合，上连杆另一端与中连杆通过转动副连接，且该转动副轴线过所述点Q;
[0012]RRRR型支链:下连杆一端与定平台通过转动副连接，且该转动副轴线与所述中心轴线L相交于一点P，下连杆另一端与中连杆通过转动副连接，且该转动副轴线过所述点P ；上连杆一端与动平台通过转动副连接，且该转动副轴线与所述中心轴线L相交于一点Q，点Q与所述点P不重合，上连杆另一端与中连杆通过转动副连接，且该转动副轴线过所述点Q;
[0013]RSSR型支链:下连杆一端与定平台通过转动副连接，且该转动副轴线与所述中心轴线L相交于一点P，下连杆另一端与中连杆通过球面副连接;上连杆一端与动平台通过转动副连接，且该转动副轴线与所述中心轴线L相交于一点Q，点Q与所述点P不重合，上连杆另一端与中连杆之间通过球面副连接。
[0014]所述连接定平台与动平台的三条或三条以上的运动支链由上述四种支链类型中的一种或多种组合而成，但所有运动支链不同时为RRRR型支链。
[0015]为增加机构刚度，所述中心连杆一端与定平台通过球面副或万向铰连接，且该球面副或万向铰的转动中心与所述点P重合;所述中心连杆另一端与动平台通过球面副或万向铰连接，且该球面副或万向铰的转动中心与所述点Q重合。
[0016]所述运动支链中，有两条运动支链为主动运动支链，且该两条主动运动支链为相邻的两条运动支链;所述主动运动支链由直线驱动器驱动，直线驱动器的输出杆与主动运动支链中的下连杆通过转动副连接，直线驱动器尾端与机座通过转动副连接，所述机座与定平台固定连接;所述主动运动支链中，连接下连杆与定平台的转动副、连接直线驱动器输出杆与下连杆的转动副、连接直线驱动器与机座的转动副的轴线相互平行。所述直线驱动器的输出杆前端安装有力学传感器。
[0017]所述运动支链中，至少有一条运动支链为从动运动支链，所述从动运动支链与机座之间设有直线阻尼器，直线阻尼器的输出杆与从动运动支链中的下连杆通过转动副连接，直线阻尼器尾端与机座通过转动副连接;所述从动运动支链中，连接下连杆与定平台的转动副、连接直线阻尼器输出杆与下连杆的转动副、连接直线阻尼器与机座的转动副的轴线相互平行。所述直线阻尼器的输出杆前端安装有力学传感器。
[0018]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0019](I)机构动平台相对定平台转动工作空间大，其转动角度可达±90度；
[0020](2)机构各条运动支链之间通过耦合连杆和中心连杆相互连接，提高了机构的受力性能，增大了机构的刚度；
[0021 ] (3)机构构型丰富，有利于根据工况实际选择合适构型；
[0022](4)在运动支链中引入球面副，减少了运动支链中各运动副之间的约束，使机构易于加工和装配。
【附图说明】
[0023]图1是本发明RRSR型支链立体结构示意简图；
[0024]图2是本发明RSRR型支链立体结构示意简图；
[0025]图3是本发明RRRR型支链立体结构示意简图；
[0026]图4是本发明RSSR型支链立体结构示意简图；
[0027]图5是本发明实施例1立体结构示意简图；
[0028]图6是本发明实施例2立体结构示意简图；
[0029]图7是本发明实施例2偏转状态立体结构示意简图；
[0030]图8是本发明实施例3立体结构示意简图；
[0031]图9是本发明实施例4立体结构示意简图；
[0032]图10是本发明实施例5立体结构示意简图；
[0033]图11是本发明实施例6立体结构示意简图；
[0034]图12是本发明实施例7立体结构示意简图；
[0035]图13是本发明实施例8立体结构示意简图；
[0036]图14是本发明实施例9立体结构示意简图；
[0037]图中:1.定平台，2.动平台，(343，83<3，03).下连杆，(444，84<4，04).中连杆，(5，厶5，85，05，05).上连杆，(46，86<6，06).耦合连杆，7.中心连杆，(48，88).直线驱动器，(〇8，08).直线阻尼器，(49，89<9，09).输出杆，(410，810，(:10，010).压力传感器，11.机座。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，在所有实施例和附图中，所述R1、R i j均表示一个转动副，所述S 1、S i j均表示一个球面副，所述U i表示万向铰，其中i，j为自然数。
[0039]如图1所示是RRSR型支链立体结构示意简图，RRSR型支链由下连杆3、中连杆4、上连杆5组成，下连杆3与定平台通过转动副Rl连接，且转动副Rl轴线与中心轴线L相交于一点P，下连杆3与中连杆4通过转动副R2连接，转动副R2轴线过所述点P;上连杆5与动平台通过转动副R4连接，且转动副R4轴线与中心轴线L相交于一点Q，点Q与点P不重合，上连杆5与中连杆4通过球面副S3连接。
[0040]如图2所示是RSRR型支链立体结构示意简图，RSRR型支链由下连杆3、中连杆4、上连杆5组成，下连杆3与定平台通过转动副Rl连接，且转动副Rl轴线与中心轴线L相交于一点P，下连杆3与中连杆4通过球面副S2连接;上连杆5与动平台通过转动副R4连接，且转动副R4轴线与中心轴线L相交于一点Q，点Q与点P不重合，上连杆5与中连杆4通过转动副R3连接，转动副R3轴线过所述点Q。
[0041 ] 如图3所示是RRRR型支链立体结构示意简图，RRRR型支链由下连杆3、中连杆4、上连杆5组成，下连杆3与定平台通过转动副Rl连接，且转动副Rl轴线与中心轴线L相交于一点P，下连杆3与中连杆4通过转动副R2连接，转动副R2轴线过所述点P;上连杆5与动平台通过转动副R4连接，且转动副R4轴线与中心轴线L相交于一点Q，点Q与点P