四支链六自由度混联机构的制作方法

本发明涉及机器人领域，更为具体地，本发明涉及一种四支链六自由度混联机构。

背景技术：

物体在空间中具有六个自由度，包括沿着三个直角坐标轴的三个移动和围绕三个直角坐标轴线的三个旋转，即(x，y，z，α，β，γ)。如果空间中物体这六个自由度确定了，则物体在空间中的位置和姿态也就确定了。

六自由度并联机构最常见的是具有六个伸缩驱动缸的stewart平台，该平台自被发明之日起，因具有可实现空间中的六个自由度，可完全确定物体的空间任意运动姿态的优点，被广泛应用到各种模拟器中，比如坦克模拟器、飞行模拟器、汽车驾驶模拟器和舰艇模拟器等。但经典的stewart平台质量大、工作行程小、自身体积较大和灵活性差，并且由于支链之间互相关联耦合，奇异位形相对较多，运动学正解复杂，很难求得有效的解析解。六自由度串联机构应用最广的6r机构，运动学求解较简单，被广泛应用于搬运、包装等工业机器人当中。但由于自身机构特点，运动过程中惯量较大，并且承载能力较低，刚度较小。

综合考虑到并联和串联机构的优点和缺点，六自由度串并混联机构就成为了研究的重要突破方向。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种四支链六自由度混联机构，其为一种支链少、工作空间大、灵活性强、运动学模型简单、易于标定和控制的少支链六自由度串并混联机构。

本发明的技术方案如下：

一种四支链六自由度混联机构，其包括一个定平台、安装在定平台上的滑动导轨、两个滑块、动平台以及连接动平台和第一滑块、第二滑块的四条直线驱动支链。

所述动平台呈正方形，第一滑块和第二滑块结构和形状相同，呈l形，第一滑块和第二滑块中心对称分布，动平台与第一滑块、第二滑块通过四条直线驱动支链连接；第一滑块和第二滑块与定平台通过滑动导轨连接，第一滑块和第二滑块可分别在定平台上沿着滑动导轨进行同步或不同步运动。

优选地，所述四条直线驱动支链中第一直线驱动支链和第三直线驱动支链结构相同，第二直线驱动支链和第四直线驱动支链结构相同，其中第一直线驱动支链的第一端通过第一球副与动平台连接，其第二端通过第一虎克铰与第一滑块连接；第二直线驱动支链的第一端通过第二球副与动平台连接，其第二端通过第一转动副与第一滑块连接；第三直线驱动支链的第一端通过第三球副与动平台连接，其第二端通过第二虎克铰与第二滑块连接；第四直线驱动支链的第一端通过第四球副与动平台连接，其第二端通过第二转动副与第二滑块连接。

优选地，所述第一直线驱动支链中的第一虎克铰中连接第一滑块的转动副轴线垂直于第一滑块沿着定平台移动方向的轴线；第二直线驱动支链连接第一滑块的第一转动副轴线平行于第一滑块沿着定平台移动方向的轴线；第三直线驱动支链中的第二虎克铰连接第二滑块的转动副轴线垂直于第二滑块沿着定平台移动方向的轴线；第四直线驱动支链的连接第二滑块的第二转动副轴线平行于第二滑块沿着定平台移动方向的轴线。

优选地，所述四条直线驱动支链在动平台上的四个铰接点呈正方形分布，第一直线驱动支链中的第一虎克铰中连接第一滑块的转动副中心位于第一滑块上与其运动方向垂直轴向的中心位置，第三直线驱动支链中的第二虎克铰中连接第二滑块的转动副中心位于第二滑块上与其运动方向垂直轴向的中心位置，连接第一分支，第三分支的两个虎克铰铰接点与连接第二分支、第四分支的两个转动副铰接点位于同一平面。

优选地，所述四条直线驱动支链协调驱动，实现动平台横摇、纵摇、横移和纵移两个转动自由度和两个移动自由度，第一滑块和第二滑块同步运动，实现动平台沿导轨方向的移动自由度，第一滑块和第二滑块不同步运动，实现动平台的回转自由度。

优选地，其为一种四条直线驱动支链结构，也可将直线驱动单元置于转动副或虎克铰之前，即将之前驱动单元安装于滑块上，四条驱动单元的轴线可均垂直向上布置，或者第一支链、第三支链的驱动单元轴线平行于滑块移动方向，第二支链、第四支链的驱动单元轴线垂直于滑块移动方向。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明机构结构简单，支链少，工作空间大，承载能力强，灵活性强，此外此发明的运动学模型简单，运动解耦性强(少量几个输入控制单独的输出)，使得运动学标定和控制变得简单，具有很强的应用前景。

相对于常用含六条支链的六自由度并联机构平台，该混联机构平台仅含四条支链，支链变少，运动灵活性变强，运动解耦性强，运动模型简单，易于控制，另外可实现沿导轨方向的大范围移动，很好的克服了并联机构运动空间小的缺点，具有良好的应用前景。

附图说明

以下结合附图，对本发明的技术方案进行详细描述。

附图1是本发明的立体结构示意简图；

附图2是本发明的动平台与直线驱动支链结构示意简图；

附图3是第一直线驱动支链结构示意简图；

附图4是第二直线驱动支链结构示意简图；

附图5是第三直线驱动支链结构示意简图；以及

附图6是第四直线驱动支链结构示意简图。

图中：100-动平台、200-直线驱动支链、300-第一滑块、400-第二滑块、500-滑动导轨、600-定平台。

210-第二直线驱动支链、220-第一直线驱动支链、230-第四直线驱动支链、240-第三直线驱动支链。

221-第一球副、222-第一虎克铰、211-第二球副、212-第一转动副、241-第三球副、242-第二虎克铰、231-第四球副、232-第二转动副。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1至图6所示，根据本发明的实施例的四支链六自由度混联机构，其包括定平台600和动平台100，定平台和动平台通过直线驱动支链相连，定平台600位于下方，动平台100设置在直线驱动支链的上端，依靠各直线驱动支链进行驱动。直线驱动支链200包括第二直线驱动支链210、第一直线驱动支链220、第四直线驱动支链230以及第三直线驱动支链240。

优选地，定平台600上的滑动导轨以及滑块。滑块包括第一滑块和第二滑块，滑动导轨500包括第一滑动导轨和第二滑动导轨，两条滑动导轨相互平行。第一滑块300和第二滑块400能够沿着滑动导轨500进行往复运动，实现第一滑块300和第二滑块400的开合。

其中四条支链腿中的两条，例如，第二直线驱动支链和第一直线驱动支链的下端连接至第一滑块300，优选地，第二直线驱动支链210设置在第一滑块与第二滑块接触处的端部。

第一直线驱动支链220的下端连接至第一滑块300远离第二滑块的方向的端部中点处。

其中四条支链腿中的另外两条，例如，第四直线驱动支链230和第三直线驱动支链240的下端连接至第二滑块400，优选地，第四直线驱动支链230设置在第二滑块与第一滑块接触处的端部。

第三直线驱动支链240的下端连接至第二滑块400远离第一滑块300的方向的端部的中点处。

第一滑块和第二滑块运动带动各直线驱动支链进行运动。

优选地，动平台呈正方形，第一滑块和第二滑块结构和形状相同，呈l形，二者中心对称分布，动平台与第一滑块、第二滑块通过四条直线驱动支链连接；第一滑块和第二滑块与定平台通过滑动导轨连接，第一滑块和第二滑块可分别在定平台上沿着滑动导轨进行同步或不同步运动。

四条直线驱动支链中第一直线驱动支链和第三直线驱动支链结构相同，第二直线驱动支链和第四直线驱动支链结构相同，其中第一直线驱动支链的第一端通过第一球副与动平台连接，其第二端通过第一虎克铰与第一滑块连接；第二直线驱动支链的第一端通过第二球副与动平台连接，其第二端通过第一转动副与第一滑块连接；第三直线驱动支链的第一端通过第三球副与动平台连接，其第二端通过第二虎克铰与第二滑块连接；第四直线驱动支链的第一端通过第四球副与动平台连接，其第二端通过第二转动副与第二滑块连接。

第一直线驱动支链中的第一虎克铰中连接第一滑块的转动副轴线垂直于第一滑块沿着定平台移动方向的轴线；第二直线驱动支链连接第一滑块的第一转动副轴线平行于第一滑块沿着定平台移动方向的轴线；第三直线驱动支链中的第二虎克铰连接第二滑块的转动副轴线垂直于第二滑块沿着定平台移动方向的轴线；第四直线驱动支链的连接第二滑块的第二转动副轴线平行于第二滑块沿着定平台移动方向的轴线。

四条直线驱动支链在动平台上的四个铰接点呈正方形分布，第一直线驱动支链中的第一虎克铰中连接第一滑块的转动副中心位于第一滑块上与其运动方向垂直轴向的中心位置，第三直线驱动支链中的第二虎克铰中连接第二滑块的转动副中心位于第二滑块上与其运动方向垂直轴向的中心位置，连接第一分支，第三分支的两个虎克铰铰接点与连接第二分支、第四分支的两个转动副铰接点位于同一平面。

第一滑块与第二滑块可实现同步运动或不同步运动，第一滑块和第二滑块运动速度和方向相同时，可实现除定平台外的平台整体沿定平台移动；第一滑块与第二滑块运动过程中相互远离，第一直线驱动支链、第三直线驱动支链同时沿着逆时针方向发生转动并伸长，第二直线驱动支链、第四直线驱动支链不发生变化，动平台沿逆时针方向进行转动；第一滑块与第二滑块运动过程中相互靠近，第一直线驱动支链、第三直线驱动支链同时沿着顺时针方向发生转动并伸长，第二直线驱动支链、第四直线驱动支链不发生变化，动平台沿顺时针方向进行转动。

在图1中所示的四支链六自由度混联平台结构示意图中，动平台100呈正方形，第一滑块300与第二滑块400结构和形状相同，呈l形，二者中心对称分布，动平台100与第一滑块300、第二滑块400通过四条直线驱动支链200连接；第一滑块300和第二滑块400与定平台600通过滑动导轨500连接，第一滑块300和第二滑块400可分别在定平台600上沿着滑动导轨500进行同步或不同步运动。

如图2所示，四条直线驱动支链200中第一直线驱动支链220和第三直线驱动支链240结构相同，第二直线驱动支链210和第四直线驱动支链230结构相同。

如图3所示，第一直线驱动支链220的第一端通过第一球副221与动平台100连接，其第二端通过第一虎克铰222与第一滑块300连接。

如图4所示，第二直线驱动支链210的第一端通过第二球副211与动平台100连接，其第二端通过第一转动副212与第一滑块300连接。

如图5所示，第三直线驱动支链240的第一端通过第三球副241与动平台100连接，其第二端通过第二虎克铰242与第二滑块400连接。

如图6所示，第四直线驱动支链230的第一端通过第四球副231与动平台100连接，其第二端通过第二转动副232与第二滑块400连接。

第一直线驱动支链220中的第一虎克铰222中连接第一滑块300的转动副轴线垂直于第一滑块300沿着定平台600移动方向的轴线；第二直线驱动支链210连接第一滑块300的第一转动副212轴线平行于第一滑块300沿着定平台600移动方向的轴线；第三直线驱动支链240中的第二虎克铰242连接第二滑块400的转动副轴线垂直于第二滑块400沿着定平台600移动方向的轴线；第四直线驱动支链230中连接第二滑块400的第二转动副232轴线平行于第二滑块400沿着定平台600移动方向的轴线。

四条直线驱动支链200在动平台100上的四个铰接点呈正方形分布，第一直线驱动支链220中的第一虎克铰222中连接第一滑块300的转动副位于第一滑块300上与其运动方向垂直轴向的中心位置，第三直线驱动支链240中的第二虎克铰242中连接第二滑块400的转动副位于第二滑块400上与其运动方向垂直轴向的中心位置，连接第一直线驱动支链220、第三直线驱动支链240的两个虎克铰铰接点与连接第二直线驱动支链210、第四直线驱动支链230的两个转动副铰接点位于同一平面。

本专利的四条直线驱动支链结构，也可将直线驱动单元置于转动副或虎克铰之前，即将之前驱动单元安装于滑块上，四条驱动单元的轴线可均垂直向上布置，或者第一、第一支链的驱动单元轴线平行于滑块移动方向，第二、第四支链的驱动单元轴线垂直于滑块移动方向。

下面对本发明的工作原理做进一步解释：

该机构可实现六个自由度的运动：四条直线驱动支链200协调驱动，实现动平台100横摇、纵摇、横移和升降两个转动自由度和两个移动自由度；第一滑块300和第二滑块400同步运动，实现动平台100沿导轨方向的纵移自由度，第一滑块300和第二滑块400不同步运动，实现动平台100的转动自由度。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。