專利名稱：二平動一轉動部分解耦并聯機構的制作方法
技術領域：
本發明屬于工業機器人領域三自由度并聯機構，具體講是一種二平動一轉動部分
解耦并聯機構。
背景技術：
并聯機構是指動平臺與定平臺之間由兩個或兩個以上分支相連，機構具有兩個或 兩個以上自由度，且以并聯方式驅動的機構。并聯機構由于具有剛度大、承載能力強、誤差 累積小、動態性能好、結構緊湊等優點，近年來被廣泛應用于眾多技術領域。早期的并聯機 構通常是6自由度的Stewart并聯機構，該機構的動平臺與定平臺之間以六個分支相連， 每個分支兩端是兩個球鉸，中間是一移動副。驅動副推動移動副作相對移動，改變分支的 長度，使動平臺的位置和姿態變化。Stewart并聯機構有工作空間小、運動正解困難、結構 復雜等缺點。為了克服6自由度并聯機構的這些缺點，近年來許多研究人員把注意力轉 向了少自由度并聯機構。具有二平動和一轉動的三自由度并聯機構在工業中應用比較廣 泛。現有的具有二平動和一轉動的三自由度并聯機構大多結構復雜，制造成本高，實用性 差，如國家知識產權局2005年3月2日公開了名稱為一種可用于虛軸數控機床、機器人的 兩平移一轉動三自由度并聯機構，專利申請號為200410064955. X的發明專利申請，其中 一條支路由一個移動副和垂直于該移動副的平行四邊形回路組成。又如國家知識產權局 2008年3月19日公開了名稱為無耦合二移動一轉動三自由度空間并聯機構，專利申請號為 200710054854. 8的發明專利申請。這些并聯機構，結構復雜，運動副空間位置復雜，從而使 該機構制造成本高，實用性差。另外，大部分并聯機構各驅動單元之間是耦合的，即并聯機 構的動平臺沿任一方向的運動都是由所有驅動單元的運動合成的，并且并聯機構的輸入與 輸出之間是非線性的，這些導致了并聯機構控制復雜，標定困難，輸出精度差。
發明內容
本發明解決的技術問題是，為了解決二平動一轉動并聯機構的結構復雜、運動副 空間位置復雜以及輸入輸出間相耦合等問題，提供一種剛度高，非對稱結構，動平臺的轉動 解耦，易于控制，動態性能好的二平動一轉動部分解耦并聯機構。 本發明的技術方案是，定平臺上方設有動平臺，動平臺上方設有末端執行器，主要 結構特點是，定平臺經三個相異分支連接動平臺，第一個分支上設有中間運動副，中間運動 副為轉動副，第一個分支與定平臺直接相連接的運動副為轉動副，第一個分支中與動平臺 直接相連接的運動副為萬向鉸或球副；第二個分支中與定平臺直接相連接的運動副為轉動 副，第二個分支中與動平臺直接相連接的運動副為萬向鉸或球副；第三個分支由具有空間 六自由度的支鏈組成，第三個分支上設有中間運動副，中間運動副為移動副，第三個分支與 定平臺直接相連接的運動副為萬向鉸，第三個分支與動平臺直接相連接的運動副為球副， 第三個分支中的移動副、球副和萬向鉸連接成UPS支鏈。 本發明第一個分支中的兩個轉動副的軸線平行于第二個分支中的轉動副的軸線。
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在本發明中，如果第一個分支和第二個分支中的與動平臺直接相連接的運動副都 為萬向鉸，則第一個分支中的萬向鉸的一個軸線平行于第二個分支中的萬向鉸的一個軸 線，且它們平行于這兩個分支中的所有轉動副的軸線，而這兩個萬向鉸的另一個軸線同軸。
在本發明中，如果第一個分支和第二個分支中的與動平臺直接相連接的都為球 副，則第一個分支中的球副的球心與第二個分支中的球副的球心之間的連線垂直于這兩個 分支中的所有轉動副的軸線。 在本發明中，如果第一和第二個分支中與動平臺直接相連接的運動副一個為球 副，另一個為萬向鉸，則萬向鉸的一個軸線通過該球副的球心，另一個軸線平行這兩個分支 中的所有轉動副的軸線。 本發明的有益效果是，采用非對稱的支鏈結構，因而工作空間比對稱的并聯機構 大，第一個分支和第二個分支構成了平面二自由度的鉸鏈機構，能實現復雜的平面運動，第 三個分支能實現動平臺轉動，動平臺的轉動與平動之間解耦，控制簡單，標定容易，易于控 制，動態性能好，既能作復雜的平面運動，又能繞該平面中的某個軸線轉動，如烹飪機器人 的鍋具運動，翻鍋需要鍋具在平面內做復雜的平面運動，傾鍋需要鍋具繞平面內的某個軸 線轉動，以傾倒出烹飪好的菜肴，具有高剛度、承載能力強、誤差累積小、動態性能好、結構 緊湊等特點。本發明適用于機床、機器人等。
圖1是本發明的一種結構示意圖，也是一種實施例的示意圖。
圖2是本發明的又一種結構示意圖，也是一種實施例的示意圖。
圖3是本發明的又一種結構示意圖，也是一種實施例的示意圖。
圖4是本發明的又一種結構示意圖，也是一種實施例的示意圖。
具體實施方式
實施例1 : 如圖1所示的二平動一轉動部分解耦并聯機構，定平臺1上方設有動平臺2，動平 臺2上方設有末端執行器3。定平臺1經三個相異分支連接動平臺，第一個分支上設有中
間運動副，中間運動副為轉動副5 ;第一個分支與定平臺l直接相連接的運動副為轉動副4 ;
第一個分支中與動平臺2直接相連接的運動副為萬向鉸6。第二個分支中與定平臺l直接 相連接的運動副為轉動副8 ;第二個分支中與動平臺2直接相連接的運動副為球副10。第 三個分支由具有空間六自由度的支鏈組成，第三個分支上設有移動副ll，從圖中可以看出，
移動副11連接連桿14和連桿15 ;第三個分支與定平臺l直接相連接的運動副為萬向鉸13 ;
第三個分支與動平臺2直接相連接的運動副為球副12，第三個分支的球副12，移動副11和 萬向鉸13連接成UPS支鏈。
實施例2: 如圖2所示的二平動一轉動部分解耦并聯機構，第一個分支中與動平臺2直接相 連接的運動副為萬向鉸6。第二個分支中與動平臺2直接相連接的運動副為萬向鉸9。其
他結構同實施例l，不再贅述。
實施例3:
如圖3所示的二平動一轉動部分解耦并聯機構，第一個分支中與動平臺2直接相 連接的運動副為球副7。第二個分支中與動平臺2直接相連接的運動副為萬向鉸9。其他
結構同實施例l，不再贅述。
實施例4 : 如圖4所示的二平動一轉動部分解耦并聯機構，第一個分支中與動平臺2直接相 連接的運動副為球副7。第二個分支中與動平臺2直接相連接的運動副為球副10。其他結 構同實施例l，不再贅述。
權利要求
一種二平動一轉動部分解耦并聯機構，定平臺上方設有動平臺，動平臺上方設有末端執行器，其特征是定平臺經三個相異分支連接動平臺，第一個分支上設有中間運動副，中間運動副為轉動副，第一個分支與定平臺直接相連接的運動副為轉動副，第一個分支中與動平臺直接相連接的運動副為萬向鉸或球副；第二個分支中與定平臺直接相連接的運動副為轉動副，第二個分支中與動平臺直接相連接的運動副為萬向鉸或球副；第三個分支由具有空間六自由度的支鏈組成，第三個分支上設有中間運動副，中間運動副為移動副，第三個分支與定平臺直接相連接的運動副為萬向鉸，第三個分支與動平臺直接相連接的運動副為球副，第三個分支中的移動副、球副和萬向鉸連接成UPS支鏈。
2. 如權利要求1所述的二平動一轉動部分解耦并聯機構，其特征是第一個分支和第 二個分支構成了平面二自由度的鉸鏈機構，能實現復雜的平面運動，而第三個分支主要實 現動平臺的轉動，該機構的轉動與平動之間解耦。
3. 如權利要求1所述的二平動一轉動部分解耦并聯機構，其特征是第一個分支中的 轉動副的軸線平行于第二分支中的轉動副的軸線。
4. 如權利要求1所述的二平動一轉動部分解耦并聯機構，其特征是如果第一個分支 和第二個分支中的與動平臺直接相連接的運動副都為萬向鉸，則第一個分支中的萬向鉸的 一個軸線平行于第二個分支中的萬向鉸的一個軸線，且它們平行于這兩個分支中的所有轉 動副的軸線，而這兩個萬向鉸的另一個軸線同軸。
5. 如權利要求1所述的二平動一轉動部分解耦并聯機構，其特征是如果第一個分支 和第二個分支中的與動平臺直接相連接的都為球副，則第一個分支中的球副的球心與第二 個分支中的球副的球心之間的連線垂直于這兩個分支中的所有轉動副的軸線。
6. 如權利要求1所述的二平動一轉動部分解耦并聯機構，其特征是如果第一和第二 個分支中與動平臺直接相連接的運動副一個為球副，另一個為萬向鉸，則萬向鉸的一個軸 線通過該球副的球心，另一個軸線平行這兩個分支中的所有轉動副的軸線。
全文摘要
一種二平動一轉動部分解耦并聯機構，涉及工業機器人領域三自由度并聯機構，定平臺上方設有動平臺，動平臺上方設有末端執行器，定平臺經三個相異分支連接動平臺，第一個分支上設有轉動副，第一個分支與定平臺相連接的運動副為轉動副，第一個分支中與動平臺相連接的運動副為萬向鉸或球副；第二個分支中與定平臺相連接的運動副為轉動副，第二個分支中與動平臺相連接的運動副為萬向鉸或球副；第三個分支由具有空間六自由度的支鏈組成，第三個分支上設有移動副，第三個分支與定平臺相連接的運動副為萬向鉸，第三個分支與動平臺相連接的運動副為球副，第三個分支中的移動副、球副和萬向鉸連接成UPS支鏈，適用于機床、機器人等。
文檔編號B25J9/08GK101767335SQ20091023105
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月20日 優先權日2009年12月20日
發明者杜清府, 陳原 申請人:山東大學威海分校