本发明是基于对称并联机构，通过添加耦合杆组的方式得到的一种耦合机构，涉及机构学应用技术领域，尤其涉及了一种具有单自由度移动的机器人执行机构。
背景技术：
在机构由简单向复杂、平面向空间、单环向多环的不断发展过程中，机构创新始终是机器装备创新的关键和研究热点。在一些重载工作量大的场合，用工业机械臂代替人力劳动的现象十分普遍。这些场合往往要求机械臂执行机构具有强度高，结构简单，成本低，并且末端执行构件运动平稳，容易控制等特点。并联机构具有承载能力强，刚度大，惯性低等优点，但是工作空间有限；串联机构工作空间大，结构简单灵巧，但强度低，不适用于重载场合；混联机构将串联与并联机构进行有效的复合，同时突破各自结构的缺点，但是混联机构的机架和末端执行器间的连接通常是以在并联机构上添加一个连接上下平台的串联机械手的形式存在，这就使整个机构获得较大工作空间的同时，自身的体积不够灵巧轻便，这给机构的装配，运输以及执行带来不便。
在这样的发展趋势下，空间耦合机构应运而生。这类机构兼容了串联机构和并联机构的优点，弥补了两种机构各自明显的缺陷，有其特定的应用场合，具有巨大的应用价值和理论研究价值。结构组成复杂但外观新颖的耦合机构，其机架和动平台之间的连接支链相互耦合，彼此之间并不独立，通常以多个相同的环结构连接成网状耦合机构的形式呈现，使得该类机构具备了结构功能及外观的双重优点，符合机构的发展趋势。但是，目前对耦合机构构型综合的研究还处于基础阶段。虽然一些个别的机构设计方法相继被提出，但却远未形成传统的和具有规律性的构型综合方法。大大限制了耦合机构提出，所以促进这类机构的大量开发和应用是非常必要的。
技术实现要素：
基于以上背景，本发明提供了一种可作为移动机器人执行机构的单自由度移动对称耦合机构，该机构具有刚度大，承载能力强，运动平稳，装配和维修方便的特点，为多环耦合机构的构型综合提供了新思路。
为实现上述目的，本发明基于单移动对称并联机构，采用在并联机构支链间添加合适的耦合杆组的方式来构造耦合机构的技术方案。为了便于在连杆上添加耦合支链，以含有R副较多的3-5R并联机构为基础，在并联支链上选取合适的耦合节点位置并且添加合适的耦合杆组形成对称的单自由度移动耦合机构。
该机构包括机架D1、末端动平台M1、动平台1、动平台2和动平台3以及连接机架与动平台的三个分支和三个耦合杆组。三个分支分别为第一分支、第二分支和第三分支。三个耦合杆组分别为第一耦合杆组G1、第二耦合杆组G2和第三耦合杆组G3。每个分支和每个耦合杆组连接，三个分支和三个耦合杆组相互连接后形成环状耦合结构；将每个分支中与耦合杆组相连的点为耦合节点，共有第一耦合节点N1、第二耦合节点N2和第三耦合节点N3三个耦合节点。
第一分支包括机架的第一转动副R11、有耦合节点N1杆件的第一转动副R12、有耦合节点N1杆件的第二转动副R13、末端动平台M1的第一转动副R14；机架的第一转动副R11与有耦合节点N1的第一转动副R12通过第一连杆L1连接，有耦合节点N1杆件的第二转动副R13与末端动平台M1的第一转动副R14通过第一杆组连接。机架的第一转动副R11、有耦合节点N1杆件的第一转动副R12相互平行。有耦合节点N1杆件的第二转动副R13、第一杆组的转动副R1和末端动平台M1的第一转动副R14相互平行。
第二分支包括机架的第二转动副R21、有耦合节点N2杆件的第一转动副R22、有耦合节点N2杆件的第二转动副R23、末端动平台M1的第二转动副R24；机架的第二转动副R21与有耦合节点N2的第一转动副R22通过第一连杆L4连接，有耦合节点N2杆件的第二转动副R23与末端动平台M1的第二转动副R24通过第二杆组连接。机架的第二转动副R21、有耦合节点N2杆件的第一转动副R22相互平行。有耦合节点N2杆件的第二转动副R23、第二杆组的转动副R2和末端动平台M1的第二转动副R24相互平行。
第三分支包括机架的第三转动副R31、有耦合节点N3杆件的第一转动副R32、末端动平台M1的第三转动副R34；机架的第三转动副R31与有耦合节点N3杆件的第一转动副R32通过第四杆组连接，有耦合节点N3杆件的第二转动副R33与末端动平台M1的第三转动副R34通过第三杆组连接。机架的第三转动副R31、有耦合节点N3杆件的第一转动副R32、第四杆组的转动副R4相互平行。有耦合节点N3杆件的第二转动副R33、第三杆组的转动副R3、末端动平台M1的第三转动副R34相互平行。
选择圆形构件M1为末端动平台，第一分支通过末端动平台M1的第一转动副R14连接到末端动平台M1，第二分支通过末端动平台M1的第二转动副R24连接到动平台M1，第三分支通过末端动平台的第三转动副R34连接到末端动平台M1，所述三个分支并联到末端动平台M1上。另外，第一分支耦合节点N1和第二分支耦合节点N2之间通过第一耦合杆组G1耦合连接，第二分支耦合节点N2和第三分支耦合节点N3之间通过第二耦合杆组G2耦合连接，第三分支耦合节点N3和第一分支耦合节点N1之间通过第三耦合杆组G3耦合连接。第一耦合杆组表示为运动链-R15-R5-R26-，转动副R15、转动副R5和转动副R26相互平行；第二耦合杆组表示运动链-R25-R36-，其中转动副R25和转动副R36相互平行；第三耦合杆组表示为运动链-R35-R16-，其中转动副R35和转动副R16相互平行。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、该机构分支结构简单并且对称，与实现同样运动性质的机构相比，该机构内部结构可以看作是由两个相同的杆件和一个杆组组成的耦合支链，兼备串并联机构的优点，具有承载力高，刚度大以及工作空间大等特点,适用于重载机械臂的执行机构；
2、该机构具有单自由度移动运动性质，运动平稳，容易控制等特点,能够在空间平稳的画一个空间圆弧，能更好的适应特殊场合，有良好的应用前景。
附图说明
图1为基于一移动对称并联机构的单自由度移动对称耦合机构的示意图。
图中：D1、机架 N1、耦合节点一 N2、耦合节点二 N3、耦合节点三 M1、动平台 R11、机架的第一转动副 R21、机架的第二转动副 R31、机架的第三转动副 R12、有耦合节点N1杆件的第一转动副 R22、有耦合节点N2杆件的第二转动副 R32、有耦合节点N3杆件的第三转动副 R13、有耦合节点N1的第二转动副 R23、有耦合节点N2的第二转动副 R33、有耦合节点N3的第二转动副 R15、有耦合节点N1的第三转动副 R25、有耦合节点N2的第三转动副 R35、有耦合节点N3的第三转动副 R16、有耦合节点N1的第四转动副 R26、有耦合节点N2的第四转动副 R36、有耦合节点N3的第四转动副 R14、末端动平台M1的第一转动副 R24、末端动平台M1的第二转动副 R34、末端动平台M1的第三转动副 L1、第一连杆 L2、第二连杆 L3、第三连杆 L4、第四连杆 L5、第五连杆 L6、第六连杆 L7、第七连杆 L8、第八连杆 L9、第九连杆 L10、第十连杆 L11、第十一连杆 L12、第十二连杆 R1、第一杆组中连接杆件L2和杆件L3的中间转动副 R2、第二杆组中连接杆件L5和杆件L6的中间转动副 R1、第三杆组中连接杆件L9和杆件L10的中间转动副 R4、第四杆组中连接杆件L7和杆件L8的中间转动副 R5、第一耦合杆组中连接杆件L11和杆件L12的中间转动副。
具体实施方式
如图1所示，第一分支包括机架的第一转动副R11、有耦合节点N1杆件的第一转动副R12、有耦合节点N1杆件的第二转动副R13、末端动平台M1第一转动副R14；机架的第一转动副R11与有耦合节点N1的第一转动副R12通过第一连杆L1连接，有耦合节点N1杆件的第二转动副R13与末端动平台M1第一转动副R14通过第一杆组连接。其中机架的第一转动副R11、有耦合节点N1杆件的第一转动副R12相互平行。有耦合节点N1杆件的第二转动副R13、第一杆组的转动副R1和末端动平台M1第一转动副R14相互平行。
第二分支包括机架的第二转动副R21、有耦合节点N2杆件的第一转动副R22、有耦合节点N2杆件的第二转动副R23、末端动平台M1第二转动副R24；机架的第二转动副R21与有耦合节点N2的第一转动副R22通过第一连杆L4连接，有耦合节点N2杆件的第二转动副R23与末端动平台M1第二转动副R24通过第二杆组连接。其中机架的第二转动副R21、有耦合节点N2杆件的第一转动副R22相互平行。有耦合节点N2杆件的第二转动副R23、第二杆组的转动副R2和末端动平台M1第二转动副R24相互平行。
第三分支包括机架的第三转动副R31、有耦合节点N3杆件的第一转动副R32、末端动平台M1的第三转动副R34；机架的第三转动副R31与有耦合节点N3杆件的第一转动副R32通过第四杆组连接，有耦合节点N3杆件的第二转动副R33与末端动平台M1的第三转动副R34通过第三杆组连接。其中机架的第三转动副R31、有耦合节点N3杆件的第一转动副R32、第四杆组的转动副R4相互平行。有耦合节点N3杆件的第二转动副R33、第三杆组的转动副R3、末端动平台M1的第三转动副R34相互平行。
选择圆形构件M1为末端动平台，第一分支通过末端动平台M1的第一转动副R14连接到末端动平台M1，第二分支通过末端动平台M1的第二转动副R24连接到动平台M1，第三分支通过末端动平台的第三转动副R34连接到末端动平台M1，所述三个分支并联到末端动平台M1上。另外，第一分支耦合节点N1和第二分支耦合节点N2之间通过第一耦合杆组G1耦合连接，第二分支耦合节点N2和第三分支耦合节点N3之间通过第二耦合杆组G2耦合连接，第三分支耦合节点N3和第一分支耦合节点N1之间通过第三耦合杆组G3耦合连接。第一耦合杆组表示为运动链-R15-R5-R26-，其中转动副R15、转动副R5和转动副R26相互平行；第二耦合杆组表示运动链-R25-R36-，其中转动副R25和转动副R36相互平行；第三耦合杆组表示为运动链-R35-R16-，其中转动副R35和转动副R16相互平行。