本發(fā)明屬于并聯(lián)機器人領域，具體涉及一種兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構。

背景技術：

1、隨著機器人技術的深度發(fā)展，機器代人成為未來機器人領域的發(fā)展導向。并聯(lián)機器人作為機器人領域的一個分支，其負載能力強，運動精度高，且機構的種類繁多，因此并聯(lián)機器人機構成為機構學甚至機器人領域的研究熱點。

2、并聯(lián)機構由多條運動支鏈將動平臺和定平臺連接組成，其相比串聯(lián)機構具有很多優(yōu)點，如結構剛度好、累計誤差小以及承載能力強等特點。已在航空航天、醫(yī)療器械、運動模擬器等多個領域得到廣泛應用，如應用于高速分揀機器人的delta機構、應用于飛行模擬器的stewart平臺、應用于天眼饋源裝置的繩索式并聯(lián)機構。

3、早期的并聯(lián)機構多為六自由度并聯(lián)機構，近年來少自由度機構成為了研究的熱點，尤其是三自由度機構。與多自由度相比，少自由度并聯(lián)機構具有驅動件少、構件少、易于控制，制造容易等優(yōu)點。然而多數(shù)并聯(lián)機構因其強運動耦合性、路徑規(guī)劃困難以及運動學計算復雜等問題，在推廣應用時受到阻礙。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，以解決現(xiàn)有技術中存在的并聯(lián)機構存在的耦合性強而導致在分析計算、構型設計以及機構控制等方面所帶來的困難。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，包括定平臺、動平臺和設置在兩者之間的第一主動支鏈、第二主動支鏈、第三主動支鏈和恰約束支鏈；

3、第一主動支鏈包括依次連接的第一轉動副、第一萬向鉸、第一移動副以及第二萬向鉸，第一轉動副與定平臺連接，第二萬向鉸與動平臺連接；第一萬向鉸的轉動軸線包括第一萬向鉸內(nèi)軸線和第一萬向鉸外軸線，第二萬向鉸的轉動軸線包括第二萬向鉸內(nèi)軸線和第二萬向鉸外軸線，第一轉動副的軸線與第一萬向鉸內(nèi)軸線平行，第一萬向鉸外軸線與第二萬向鉸內(nèi)軸線平行，且與第一移動副的移動方向垂直；

4、第二主動支鏈包括由連桿依次連接的第二轉動副、第三萬向鉸、第二移動副和第三轉動副，第二轉動副與定平臺連接，第三轉動副與動平臺連接；第三萬向鉸的轉動軸線包括第三萬向鉸內(nèi)軸線和第三萬向鉸外軸線，第二轉動副的軸線與第三萬向鉸內(nèi)軸線平行，第三萬向鉸外軸線與第三轉動副的軸線平行，且與第二移動副的移動方向垂直；

5、第三主動支鏈包括通過連桿依次連接的第四轉動副、第四萬向鉸、第三移動副以及第五萬向鉸，第四轉動副與定平臺連接，第五萬向鉸與動平臺連接；第四萬向鉸的轉動軸線包括第四萬向鉸內(nèi)軸線和第四萬向鉸外軸線，第五萬向鉸的轉動軸線包括第五萬向鉸內(nèi)軸線和第五萬向鉸外軸線；第四轉動副的軸線與第四萬向鉸內(nèi)軸線垂直，第四萬向鉸外軸線與第五萬向鉸內(nèi)軸線平行，且與第三移動副的移動方向垂直；

6、恰約束支鏈包括通過連桿連接的第四移動副和圓柱副，第四移動副和圓柱副分別連接至定平臺和動平臺，第四移動副的移動方向與圓柱副的軸線垂直；

7、所述第一轉動副的軸線、第二轉動副的軸線和第四轉動副的軸線兩兩相互垂直，且第二轉動副的軸線與第四移動副的移動方向平行。

8、所述第一轉動副、第二轉動副和第四轉動副分別為所在主動支鏈的主動副，主動副由對應的驅動機構驅動。

9、所述的驅動機構為伺服電機。

10、所述動平臺為矩形平臺。

11、所述第二萬向鉸、所述圓柱副和所述第三轉動副沿動平臺第一側邊的長度方向依次設置，所述第五萬向鉸連接在動平臺的第二側邊上，且第二側邊垂直于第一側邊。

12、所述第二萬向鉸外軸線、所述第三轉動副的軸線、所述第五萬向鉸外軸線以及所述圓柱副的軸線四者共面設置。

13、所述第二萬向鉸外軸線、所述圓柱副的軸線和所述第三轉動副的軸線共線，并與所述第五萬向鉸外軸線垂直。

14、所述第一主動支鏈的連桿包括第一連桿、第二連桿和第三連桿，第一連桿用于連接第一轉動副和第一萬向鉸的第一萬向鉸內(nèi)軸線所在端，第二連桿和第三連桿相對滑動組成所述第一移動副，第二連桿與第一萬向鉸的第一萬向鉸外軸線所在端連接，第三連桿與第二萬向鉸的第二萬向鉸內(nèi)軸線所在端連接，第二萬向鉸的第二萬向鉸外軸線所在端與動平臺連接。

15、所述第二主動支鏈中的連桿包括第四連桿、第五連桿和第六連桿，第四連桿用于連接第二轉動副和第三萬向鉸的第三萬向鉸內(nèi)軸線所在端，第五連桿和第六連桿相對滑動組成所述第二移動副，第五連桿與第三萬向鉸的第三萬向鉸外軸線所在端連接，第六連桿與第三轉動副連接。

16、所述第三主動支鏈中的連桿包括第七連桿、第八連桿和第九連桿，第七連桿用于連接第四轉動副和第四萬向鉸的第四萬向鉸內(nèi)軸線所在端，第八連桿和第九連桿相對滑動組成所述第三移動副，第八連桿與第四萬向鉸的第四萬向鉸外軸線所在端連接，第九連桿與第五萬向鉸的第五萬向鉸內(nèi)軸線所在端連接，第五萬向鉸的第五萬向鉸外軸線所在端與動平臺連接。

17、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中，當?shù)谝恢鲃又ф溨械牡谝晦D動副作為主動副單獨輸入時，能夠控制動平臺的一個移動自由度，當?shù)诙鲃又ф溨械牡诙D動副作為主動副單獨輸入時，控制動平臺的另一個移動自由度，當?shù)谌鲃又ф溨械牡谒霓D動副作為主動副單獨輸入時，則控制動平臺的一個轉動自由度，故本發(fā)明中的動平臺具有繞一個方向的轉動運動和沿兩個方向的移動運動。該機構具有完全解耦的運動學特性，控制簡單，實用性強，解決了一般并聯(lián)機構耦合性強、運動學計算復雜、路徑規(guī)劃困難等問題。

18、并且，并聯(lián)機構中加入恰約束支鏈，使得機構的剛度、承載能力以及受力狀況得到明顯改善。

技術特征：

1.一種兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，包括定平臺（10）、動平臺（20）和設置在兩者之間的第一主動支鏈（l1）、第二主動支鏈（l2）、第三主動支鏈（l3）和恰約束支鏈（l4），其特征在于：

2.根據(jù)權利要求1所述的兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，其特征在于：所述第一轉動副（r11）、第二轉動副（r21）和第四轉動副（r31）分別為所在主動支鏈的主動副，主動副由對應的驅動機構驅動。

3.根據(jù)權利要求2所述的兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，其特征在于：所述的驅動機構為伺服電機。

4.根據(jù)權利要求1所述的兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，其特征在于：所述動平臺（20）為矩形平臺。

5.根據(jù)權利要求4所述的兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，其特征在于：所述第二萬向鉸（u14）、所述圓柱副（c42）和所述第三轉動副（r24）沿動平臺（20）第一側邊的長度方向依次設置，所述第五萬向鉸（u34）連接在動平臺（20）的第二側邊上，且第二側邊垂直于第一側邊。

6.根據(jù)權利要求5所述的兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，其特征在于：所述第二萬向鉸外軸線（r142）、所述第三轉動副（r24）的軸線、所述第五萬向鉸外軸線（r342）以及所述圓柱副（c42）的軸線四者共面設置。

7.根據(jù)權利要求6所述的兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，其特征在于：所述第二萬向鉸外軸線（r142）、所述圓柱副（c42）的軸線和所述第三轉動副（r24）的軸線共線，并與所述第五萬向鉸外軸線（r342）垂直。

8.根據(jù)權利要求1-7任一項所述的兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，其特征在于：所述第一主動支鏈（l1）中的連桿包括第一連桿（1-1）、第二連桿（1-2）和第三連桿（1-3），第一連桿（1-1）用于連接第一轉動副（r11）和第一萬向鉸（u12）的第一萬向鉸內(nèi)軸線（r121）所在端，第二連桿（1-2）和第三連桿（1-3）相對滑動組成所述第一移動副（p13），第二連桿（1-2）與第一萬向鉸（u12）的第一萬向鉸外軸線（r122）所在端連接，第三連桿（1-3）與第二萬向鉸（u14）的第二萬向鉸內(nèi)軸線（r141）所在端連接，第二萬向鉸（u14）的第二萬向鉸外軸線（r142）所在端與動平臺（20）連接。

9.根據(jù)權利要求1-7任一項所述的兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，其特征在于：所述第二主動支鏈（l2）中的連桿包括第四連桿（2-1）、第五連桿（2-2）和第六連桿（2-3），第四連桿（2-1）用于連接第二轉動副（r21）和第三萬向鉸（u22）的第三萬向鉸內(nèi)軸線（r221）所在端，第五連桿（2-2）和第六連桿（2-3）相對滑動組成所述第二移動副（p23），第五連桿（2-2）與第三萬向鉸（u22）的第三萬向鉸外軸線（r222）所在端連接，第六連桿（2-3）與第三轉動副（r24）連接。

10.根據(jù)權利要求1-7任一項所述的兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，其特征在于：所述第三主動支鏈（l3）中的連桿包括第七連桿（3-1）、第八連桿（3-2）和第九連桿（3-3），第七連桿（3-1）用于連接第四轉動副（r31）和第四萬向鉸（u32）的第四萬向鉸內(nèi)軸線（r321）所在端，第八連桿（3-2）和第九連桿（3-3）相對滑動組成所述第三移動副（p33），第八連桿（3-2）與第四萬向鉸（u32）的第四萬向鉸外軸線（r322）所在端連接，第九連桿（3-3）與第五萬向鉸（u34）的第五萬向鉸內(nèi)軸線（u341）所在端連接，第五萬向鉸（u34）的第五萬向鉸外軸線（r342）所在端與動平臺（20）連接。

技術總結
本發(fā)明涉及一種兩移一轉完全解耦并聯(lián)機構，包括定平臺、動平臺和設置在兩者之間的第一主動支鏈、第二主動支鏈、第三主動支鏈和恰約束支鏈；第一主動支鏈與第三主動支鏈都是由一個轉動副、兩個萬向鉸以及一個移動副依次連接連桿組成，第二主動支鏈由兩個轉動副、一個萬向鉸以及一個移動副依次連接連桿組成，恰約束支鏈由移動副和圓柱副通過一個連桿連接組成。第一主動支鏈能夠控制動平臺的一個移動自由度，第二主動支鏈能夠控制動平臺的另一個移動自由度，第三主動支鏈能夠控制動平臺的一個轉動自由度。本發(fā)明機構中的動平臺具有繞一個方向的轉動運動和沿兩個方向的移動運動，并實現(xiàn)了機構運動學上的完全解耦。

技術研發(fā)人員：張彥斌,徐浩翔,趙俊超,龐乾辰,張詠樂,王曉森,王繼文,宋黎明
受保護的技術使用者：河南科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30