专利名称：一种可实现运动解耦的两转动一移动并联机构的制作方法
技术领域：
本发明属于机器人和空间机构技术领域，特别涉及一种可实现运动解耦的两转动一移动并联机构。
背景技术：
1965年Stewart提出的Stewart平台由上下平台及6根驱动杆组成,驱动杆可以独立地伸缩，且分别通过由球铰链与上下平台连接，这样，上平台具有6个自由度。随着对各种并联机构研究的不断深入，人们将凡是把上下平台通过两个或两个以上支链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且驱动方式为并联驱动的机构统称为并联机构。相对于传统的串联式机构而言，并联机构具有承载能力大、刚度高、运动速度快、精度高、动力学性能好等优点，可应用于加工中心、分拣机构、医疗辅助器械等领域。由于结构的限制，6自由度并联机构有许多技术问题没能很好解决，如运动耦合性强、运动学正解复杂、工作空间小、传动特性差等。少自由度并联机器人机构在工业生产中具有广阔的应用前景，不少学者研究了多种该类型的机构，尤其是三自由度并联机构，如Delta机构、Star Like机构等。中国学者在少自由度并联机器人机构的研究方面也取得了大量的研究成果(如专利申请号:01108297. 6;01113519. O;03113354. I; 200410018623. 8; 200510037951. 7 等)。目前三自由度的并联机构构型设计吸引了众多研究者的兴趣，而其中具有两个转动和一个移动自由度形式的三自由度并联机构因其广阔的应用潜力而成为该领域的研究热点。该类型的并联机构在高速拾取、机械加工、空间定位、医疗器械、微操作器、力传感器、康复护理仪器等领域具有巨大的应用价值与商业价值，目前各国学者在具有两个转动和一个移动自由度形式的三自由度并联机构构型设计方面已经展开激烈竞争以期提出具有自主知识产权、性能优良的此类型并联机构。但已有的该类机构如3-RPS并联机构、3-PRS并联机构等存在着直链运动副数目较多、对零部件的加工、装配等环节要求较高、机构的转动与平动运动存在耦合使其运动学求解非常繁琐复杂等缺点，在一定程度上限制了该类机构的实际应用范围。如何设计满足功能需求，且运动学控制简单、制造成本低廉的新型三自由度并联机构是机构研究者急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是解决已有的两转动一移动机构存在运动学耦合问题，提供一种结构简单、运动正/逆解简洁、工作空间大，控制方法简便可实现运动解耦的两转动一移动并联机构。本发明提供的可实现运动解耦的两转动一移动并联机构，由运动平台(I)、固定平台(2)和联接上述两平台的三条支链组成；第一支链(Cl)中的第一连杆(Lll)通过第一球面副(SI)与固定平台连接，第二连杆(L12)通过第一转动副(Rl)与运动平台连接，第一连杆(Lll)与第二连杆(L12)通过第一移动副(Pl)相互连接；第二支链(C2)中的第三连杆(L21)通过第二转动副(R2)与固定平台连接，第四连杆(L22)通过第一虎克铰(Tl)与运动平台连接，第三连杆(L21)与第四连杆(L22)通过第二移动副(P2)相互连接；第三支链(C3)中的第五连杆(L31)通过第三转动副(R3)与固定平台连接，第六连杆(L32)同时通过第一虎克铰(Tl)与运动平台连接，第五连杆(L31)与第六连杆(L32)通过第三移动副(P3)相互连接；其中所述的第二转动副(R2)与第三转动副(R3)的转动轴线相互平行，第二支链(C2)与第三支链(C3)共面；所述的第一虎克铰(Tl)是第二支链(C2)与第三支链(C3)共用，第一虎克铰(Tl)的一个转轴方向与第二转动副(R2)的转动轴线平行。所述的第一移动副(P1)、第二移动副(P2)与第三移动副(P3)为机构的驱动副。本发明的有益效果是I、机构运动平台可实现两转动一移动解耦运动输出。2、机构简单、机构关节少，运动副自由度总数只有11个。3、机构的、运动正/逆解简洁、工作空间大，控制方法简便。
图I是本发明的可实现运动解耦的两转动一移动并联机构示意图。以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施例方式实施例I如图I所示，可实现运动解耦的两转动一移动并联机构，该机构由运动平台(I)、固定平台(2)和联接上述两平台的三条支链组成；第一支链(Cl)中的第一连杆(Lll)通过第一球面副(SI)与固定平台连接，第二连杆(L12)通过第一转动副(Rl)与运动平台连接，第一连杆(Lll)与第二连杆(L12)通过第一移动副(Pl)相互连接；第二支链(C2)中的第三连杆(L21)通过第二转动副(R2)与固定平台连接，第四连杆(L22)通过第一虎克铰(TI)与运动平台连接，第三连杆(L21)与第四连杆(L22)通过第二移动副(P2)相互连接；第三支链(C3)中的第五连杆(L31)通过第三转动副(R3)与固定平台连接，第六连杆(L32)同时通过第一虎克铰(Tl)与运动平台连接，第五连杆(L31)与第六连杆(L32)通过第三移动副(P3)相互连接；其中所述的第二转动副(R2)与第三转动副(R3)的转动轴线相互平行，第二支链(C2)与第三支链(C3)共面；所述的第一虎克铰(Tl)是第二支链(C2)与第三支链(C3)共用，第一虎克铰(Tl)的一个转轴方向与第二转动副(R2)的转动轴线平行。所述的第一移动副(P1)、第二移动副(P2)与第三移动副(P3)为机构的驱动副(如图I所示)，通过电机与滚珠丝杆实现滑移运动。当各驱动副在控制下运动不同的位移时，其余各转动副、球面副以及虎克铰则在连杆和运动平台的拉动下，做相应的运动，从而实现运动平台在工作空间内实现两转动一平动的解耦运动输出。
权利要求
1.一种可实现运动解耦的两转动一移动并联机构，其特征在于，该机构由运动平台(I)、固定平台(2)和联接上述两平台的三条支链组成；第一支链(Cl)中的第一连杆(Lll)通过第一球面副(SI)与固定平台连接，第二连杆(L12)通过第一转动副(Rl)与运动平台连接，第一连杆(Lll)与第二连杆(L12)通过第一移动副(Pl)相互连接；第二支链(C2)中的第三连杆(L21)通过第二转动副(R2)与固定平台连接，第四连杆(L22)通过第一虎克铰(Tl)与运动平台连接，第三连杆(L21)与第四连杆(L22)通过第二移动副(P2)相互连接；第三支链(C3)中的第五连杆(L31)通过第三转动副(R3)与固定平台连接，第六连杆(L32)同时通过第一虎克铰(Tl)与运动平台连接，第五连杆(L31)与第六连杆(L32)通过第三移动副(P3)相互连接；其中 所述的第二转动副(R2)与第三转动副(R3)的转动轴线相互平行，第二支链(C2)与第三支链(C3)共面； 所述的第一虎克铰(Tl)是第二支链(C2)与第三支链(C3)共用，第一虎克铰(Tl)的一个转轴方向与第二转动副(R2)的转动轴线平行。
2.根据权利要求I所述的可实现运动解耦的两转动一移动并联机构，其特征在于所述的第一移动副(P1)、第二移动副(P2)与第三移动副(P3)为机构的驱动副。
全文摘要
一种可实现运动解耦的两转动一移动并联机构，涉及机器人和空间机构技术领域。该机构由固定平台、运动平台和连接两平台的三条支链组成，其中两条支链从固定平台到运动平台分别由转动副R、移动副P、虎克铰T以及它们之间的连杆组成，另一条支链从固定平台到运动平台由球面副S、移动副P、转动副R以及它们之间的连杆组成。本发明工作平台可实现两维转动和一维移动且这三个运动自由度可实现解耦运动输出；通过控制各支链中移动副P的位移来实现运动平台的位置与姿态的调节。该并联机构结构简单新颖、运动正/逆解简洁、工作空间大，控制方法简便。本发明是一种在机器人技术、机械加工、定位装置、传感器等众多领域具有广泛应用前景的并联机构。
文档编号B25J9/00GK102922515SQ20121045441
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者李彬, 赵新华, 孟广柱, 刘磊 申请人:天津理工大学