一种齿轮式多级耦合并联机构的制作方法

本实用新型属于机器人领域，特别涉及一种并联机构。

背景技术：

并联机构虽然具有刚度大、精度高、动态性能好等优点，但由于受运动副、支链干涉，空间奇异的影响，使得并联机构工作空间较小这一共性缺点制约了并联机构的应用水平。很多学者尝试采用多个并联机构之间通过共用平台进行简单串联的办法,即混联的方法，意在解决既保留并联机构优点同时又能弥补工作空间不足的问题。这种方式在理论上确实对并联机构的工作空间有明显改善的作用，但由于这种连接方式需要在每一级并联平台安装动力单元，使得每一级机构需要承担以下各级的自重以外，还需承担这些机构动力单元的重量，突显了类似于串联机构各关节逐级增大的弊端，整体增大了机构的体积，实用性有待进一步提高。因此这样的机构在工程应用中并不常见。此外，并联机构的运动空间还受到运动副自身的工作空间的限制，如球副的工作空间十分有限，使得实际应用中机构的工作空间距离理论工作空间又很大的差距。

专利号为CN20170155118.5的中国专利，公开的一种基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人是一种将多个RSR并联机构进行串联的混联机构。末端执行器相对于定平台具有两转动一移动运动的叠加，运动方式多样，长度可调，身体粗细可变等特点。然而，多数的混联机构都存在下级驱动成为上级驱动负载从而大大降低了机构动态特性的问题，同时又增大了上级驱动体积，多级串联后，结构变得十分臃肿，失去了实用的意义。而且，随着混联机构中并联关节数的增加，运动学正反解难度越来越大，驱动也变的十分困难。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种工作空间大、大大减少驱动单元数量、运动学正反解变得极为简单、十分有利于工程实际中的控制工作的齿轮式多级耦合并联机构。

本实用新型包括定平台、若干耦合平台、动平台和三条运动支链，其中定平台、耦合平台和动平台上设有三个均布的开口槽，这三个平台通过三条运动支链连接，其连接方式有两种：

第一种连接方式：

所述三条运动支链结构相同，其包括主动杆、球碗、第一直齿圆柱齿轮、第二直齿圆柱齿轮和从动杆，其中主动杆的一端通过设在定平台开口槽上的转动副与定平台连接，该主动杆的另一端设有通过转动副连接的球碗，并通过球面副与从动杆的一端连接，该从动杆的另一端通过设在耦合平台下表面的转动副与第一直齿圆柱齿轮转动连接，第二直齿圆柱齿轮通过设在耦合平台上表面的转动副与另一个主动杆的一端转动连接，第一齿轮与第二齿轮的啮合方式为外啮合，该主动杆的另一端设有通过转动副连接的球碗，并通过球面副与另一个从动杆的一端连接，该从动杆的另一端又通过另一个设在另一个耦合平台下表面的转动副与第一直齿圆柱齿轮转动连接，根据需要进行多级连接，最后一级的从动杆的另一端通过设在动平台开口槽上的转动副与动平台连接；

每一级并联机构的各主动杆与定平台连接的转动副共面，每一级并联机构的各从动杆与动平台连接的转动副共面；

以此耦合方式，并联机构可以通过增设任意级耦合平台的方式耦合并联下去；此时机构具有两转动一移动自由度的多级叠加；

第二种连接方式：

所述三条运动支链中有两条运动支链结构相同，这两条支链的部件和连接方式与第一种连接方式相同，另一条支链包括主动杆、第一直齿圆柱齿轮、第二直齿圆柱齿轮和从动杆，其中主动杆的一端通过设在定平台开口槽上的转动副与定平台连接，该主动杆的另一端通过转动副与从动杆的一端连接，该从动杆的另一端通过设在耦合平台下表面的转动副与第一直齿圆柱齿轮转动连接，第二直齿圆柱齿轮通过设在耦合平台上表面的转动副与另一个主动杆的一端转动连接，第一齿轮与第二齿轮的啮合方式为外啮合，该主动杆的另一端通过转动副与另一个从动杆的一端连接，该从动杆的另一端又通过另一个设在另一个耦合平台下表面的转动副与第一直齿圆柱齿轮转动连接，根据需要进行多级连接，最后一级的从动杆的另一端通过设在动平台开口槽上的转动副与动平台连接；

以此耦合方式，并联机构可以通过增设任意级耦合平台的方式耦合并联下去；此时机构具有一转动一移动自由度的多级叠加。

3-RSR并联机构和2-RSR/RRR并联机构在相邻级并联机构间对应支链分别固连直齿圆柱齿轮，通过对应齿轮间外啮合传动，使得相邻级并联机构通过支链间的耦合关系将运动和力逐级传递，实现少驱动单元条件下机构获得更大工作空间，进而大大减少驱动数量并在此基础上尽可能的实现混联机构的运动。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、通过在相邻两级并联机构同相位支链增加耦合运动关系，使得前一级机构输出角定量传递给后一级机构作为输入角，依照此方法在多级并联机构间增加相同的耦合运动关系，使得运动逐级传动，工作空间逐级放大，通过一定级数并联机构的耦合，即可实现类似串联机械臂的效果。

2、通过对支链球副增加局部自由度，增大了单一或多级耦合并联机构的伸缩比；由于机构之间存在耦合关系，大大减少了驱动单元的数量，以及免去了很多布线方面的麻烦。

3、运动学正反解极为简单，十分有利于工程实际中的控制工作。

附图说明

图1是本实用新型实施例1立体示意图。

图2是本实用新型实施例1偏转状态示意图。

图3是本实用新型实施例1收缩状态示意图。

图4是本实用新型实施例2立体示意图。

图5是本实用新型实施例2偏转状态示意图。

图6是本实用新型实施例2收缩状态示意图。

图中：1.定平台、2.耦合平台、3.动平台、4.主动杆、5.球碗、6.从动杆、7.第一直齿圆柱齿轮、8.第二直齿圆柱齿轮、9.主动杆、10.球碗、11.从动杆。

具体实施方式

实施例1

在图1、图2和图3所示的齿轮式多级耦合并联机构示意图中，定平台1、耦合平台2和动平台3上设有三个均布的开口槽，这三个平台通过三条结构相同的运动支链连接，每条运动支链中的主动杆4的一端通过设在定平台开口槽上的转动副与定平台连接，该主动杆的另一端设有通过转动副连接的球碗5，并通过球面副与从动杆6的一端连接，该从动杆的另一端通过设在耦合平台下表面的转动副与第一直齿圆柱齿轮7转动连接，第二直齿圆柱齿轮8通过设在耦合平台上表面的转动副与另一个主动杆9的一端转动连接，第一齿轮与第二齿轮的啮合方式为外啮合，该主动杆的另一端设有通过转动副连接的球碗10，并通过球面副与另一个从动杆11的一端连接，该从动杆的另一端通过设在动平台开口槽上的转动副与动平台连接。

三条运动支链中主动杆与定平台连接的转动副轴线共面，从动杆与第一直齿圆柱齿轮连接的转动副轴线共面，主动杆与第二直齿圆柱齿轮连接的转动副轴线共面，从动杆与动平台连接的转动副轴线共面；连接第一直齿圆柱齿轮的转动副与连接第二直齿圆柱齿轮轴线平行。

实施例2

如图4、图5和图6所示，定平台1、耦合平台2和动平台3上设有三个均布的开口槽，连接这三个平台的三条运动支链中，有两条运动支链结构相同，这两条支链的部件和连接方式与实施例1相同，另一条支链中主动杆4的一端通过设在定平台开口槽上的转动副与定平台连接，该主动杆的另一端通过转动副与从动杆6的一端连接，该从动杆的另一端通过设在耦合平台下表面的转动副与第一直齿圆柱齿轮7转动连接，第二直齿圆柱齿轮8通过设在耦合平台上表面的转动副与另一个主动杆9的一端转动连接，第一齿轮与第二齿轮的啮合方式为外啮合，该主动杆的另一端通过转动副与另一个从动杆11的一端连接，该从动杆的另一端通过设在动平台开口槽上的转动副与动平台连接；

三条运动支链中主动杆与定平台连接的转动副轴线共面，从动杆与第一直齿圆柱齿轮连接的转动副轴线共面，主动杆与第二直齿圆柱齿轮连接的转动副轴线共面，从动杆与动平台连接的转动副轴线共面；连接第一直齿圆柱齿轮的转动副与连接第二直齿圆柱齿轮轴线平行。