一种弱对称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，特别涉及一种弱对称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弱对称一平移两转动构型。

背景技术：

近年来，具有1t2r(一平移两转动)输出的球坐标型并联机构得到广泛应用，专利us4732525提出应用比较广泛的tricept混联机器人。该混联机器人由1t2r并联机构串联两个转动构成，具有良好的静/动态性能、工作空间/机座体积比大及可重构等特点。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。专利cn100446940c发明的trivariant-a混联机器人，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。专利cn104985596b开发的trimule，实现了机构的耦合度降低，整机性能较好，但结构上呈单侧只有一条支链，另一侧为三条支链(一对三分布)，这势必影响整体机构重心的偏移。

具有弱对称1t2r输出、结构上呈二对二分布的并联机构还不多，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新型的具有弱对称一平移两转动输出的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弱对称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：一种弱对称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弱对称一平移两转动的复杂支链ⅰ和复杂支链ⅱ；

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

所述复杂支链ⅱ包括子链ⅱ、子链ⅳ和转动副ⅵ，所述子链ⅱ和所述子链ⅳ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ⅵ串联连接在所述子链ⅱ和所述子链ⅳ的端部之间，并与所述静平台连接；所述子链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实现所述子链ⅱ与所述动平台铰接并使得所述子链ⅱ在所述子链ⅰ和所述子链ⅳ共面平面内绕所述运动副ⅱ转动；所述子链ⅳ由所述静平台至所述动平台依次包括相互连接的转动副ⅳ和移动副ⅳ，所述子链ⅳ的末端与所述动平台固定连接；所述转动副ⅱ与所述转动副ⅳ轴线平行，并与所述转动副ⅵ轴线垂直，且同时绕所述转动副ⅵ轴线转动；

所述转动副ⅴ与所述转动副ⅵ轴线平行，所述转动副ⅰ与所述转动副ⅱ轴线平行，并联机构整体呈矩形布置；

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ⅴ轴线的转动。

进一步的，所述运动副ⅰ、运动副ⅱ、运动副ⅲ均采用球副。

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

本发明的有益效果是：本发明与同类弱对称1t2r球坐标型并联机构相比，底座为四边形结构且耦合度为零，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ⅰ示意图；

图3是整体结构中复杂支链ⅱ示意图。

附图标注：0-静平台，1-动平台，2、3、4、5、6、7、8、9-构件，r1-转动副ⅰ，r2-转动副ⅱ，r3-转动副ⅲ，r4-转动副ⅳ，r13-转动副ⅴ，r24-转动副ⅵ，p1-移动副ⅰ，p2-移动副ⅱ，p3-移动副ⅲ，p4-移动副ⅳ，s1-球副ⅰ，s2-球副ⅱ，s3-球副ⅲ。

o-动平台输出点；h1-复杂支链ⅰ输出点；h2-复杂支链ⅱ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至图3所示，一种弱对称一平移两转动(1t2r)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的两条复杂支链ⅰ和复杂支链ⅱ，所述复杂支链ⅰ和所述复杂支链ⅱ结构相近，整体机构具有弱对称性。

所述复杂支链ⅰ包括子链ⅰ、子链ⅲ和转动副ⅴr13。所述子链ⅰ和所述子链ⅲ结构相同；所述子链ⅰ和所述子链ⅲ共面，并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ⅴr13串联连接在所述子链ⅰ和所述子链ⅲ的端部之间，并与所述静平台0连接。所述子链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实现所述子链ⅰ与所述动平台1铰接并使得所述子链ⅰ在所述子链ⅰ和所述子链ⅲ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，所述子链ⅰ即为r-p-s子链，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，所述子链ⅰ即为r-p-r子链。所述子链ⅲ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ⅲr3、移动副ⅲp3和运动副ⅲ，所述运动副ⅲ实现所述子链ⅲ与所述动平台1铰接并使得所述子链ⅲ在所述子链ⅰ和所述子链ⅲ共面平面内绕所述运动副ⅲ转动；所述运动副ⅲ采用球副ⅲs3或采用轴线与所述转动副ⅲr3轴线平行的转动副，当所述运动副ⅲ采用球副ⅲs3时，所述子链ⅲ即为r-p-s子链，当所述运动副ⅲ采用轴线与所述转动副ⅲr3轴线平行的转动副时，所述子链ⅲ即为r-p-r子链。所述转动副ⅰr1与所述转动副ⅲr3轴线平行，并与所述转动副ⅴr13轴线垂直，且所述转动副ⅰr1与所述转动副ⅲr3同时绕所述转动副ⅴr13轴线转动；所述球副ⅰs1(或轴线与所述转动副ⅰr1轴线平行的转动副)、球副ⅲs3(或轴线与所述转动副ⅲr3轴线平行的转动副)固连在所述动平台1上。

所述复杂支链ⅱ包括子链ⅱ、子链ⅳ和转动副ⅵr24。所述子链ⅱ和所述子链ⅳ共面，并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ⅵr24串联连接在所述子链ⅱ和所述子链ⅳ的端部之间，并与所述静平台0连接。所述子链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实现所述子链ⅱ与所述动平台1铰接并使得所述子链ⅱ在所述子链ⅰ和所述子链ⅳ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，所述子链ⅱ即为r-p-s子链，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，所述子链ⅱ即为r-p-r子链。所述子链ⅳ为r-p子链，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ⅳr4和移动副ⅳp4，所述子链ⅳ的末端与所述动平台1固定连接。所述转动副ⅱr2与所述转动副ⅳr4轴线平行，并与所述转动副ⅵr24轴线垂直，且所述转动副ⅱr2与所述转动副ⅳr4同时绕所述转动副ⅵr24轴线转动；所述子链ⅳ的末端和所述子链ⅱ末端的球副ⅱs2(或轴线与所述转动副ⅱr2轴线平行的转动副)均固连在所述动平台1上。

两条所述复杂支链ⅰ、复杂支链ⅱ中，所述转动副ⅴr13与所述转动副ⅵr24轴线平行，所述转动副ⅰr1、转动副ⅱr2、转动副ⅲr3、转动副ⅳr4轴线均平行，并联机构整体呈矩形布置。

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ⅴr13轴线的转动。

两条所述复杂支链ⅰ、复杂支链ⅱ均具有弱对称一平移两转动输出，且机构耦合度为零。图2中的h1点为复杂支链ⅰ输出点，h1点输出的运动为一平移两转动，图3中的h2点为复杂支链ⅱ输出点，h2点输出的运动均为一平移两转动。图1中，o点为动平台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ⅴr13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(或轴线与所述转动副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(或轴线与所述转动副ⅱr2轴线平行的转动副)与动平台1连接；构件6的一端与转动副ⅲr3连接，构件6与构件7由移动副ⅲp3连接，构件7另一端由球副ⅲs3(或轴线与所述转动副ⅲr3轴线平行的转动副)与动平台1连接；构件8的一端与转动副ⅳr4连接，构件6与构件7由移动副ⅳp4连接，构件9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。