技术领域
[0001] 本发明属于并联机器人领域，具体涉及一种两移一转完全解耦并联机构。
相关背景技术
[0002] 随着机器人技术的深度发展，机器代人成为未来机器人领域的发展导向。并联机器人作为机器人领域的一个分支，其负载能力强，运动精度高，且机构的种类繁多，因此并联机器人机构成为机构学甚至机器人领域的研究热点。
[0003] 并联机构由多条运动支链将动平台和定平台连接组成，其相比串联机构具有很多优点，如结构刚度好、累计误差小以及承载能力强等特点。已在航空航天、医疗器械、运动模拟器等多个领域得到广泛应用，如应用于高速分拣机器人的Delta机构、应用于飞行模拟器的Stewart平台、应用于天眼馈源装置的绳索式并联机构。
[0004] 早期的并联机构多为六自由度并联机构，近年来少自由度机构成为了研究的热点，尤其是三自由度机构。与多自由度相比，少自由度并联机构具有驱动件少、构件少、易于控制，制造容易等优点。然而多数并联机构因其强运动耦合性、路径规划困难以及运动学计算复杂等问题，在推广应用时受到阻碍。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
[0021] 本发明所述的一种两移一转完全解耦并联机构包括定平台10、动平台20和设置在两者之间、用于实现动平台20两移一转运动的四条运动链，包括三条主动支链和一条恰约束支链L4，三条主动支链分别是第一主动支链L1、第二主动支链L2和第三主动支链L3。
[0022] 所述第一主动支链L1包括一个转动副、一个移动副和两个万向铰，按照从定平台10到动平台20的顺序依次为第一转动副R11、第一万向铰U12、第一移动副P13和第二万向铰U14。其中，第一万向铰U12的两条转动轴线包括第一万向铰内轴线R121和第一万向铰外轴线R122，第二万向铰U14包括第二万向铰内轴线R141和第二万向铰外轴线R142。第一转动副R11的一端与所述定平台10连接，第一转动副R11的另一端通过第一连杆1‑1与第一万向铰U12的一端连接，第一万向铰U12的另一端通过第一移动副P13与第二万向铰U14的一端连接，第二万向铰U14的另一端与所述动平台20连接，所述第一移动副P13由第二连杆1‑2和第三连杆1‑3滑动连接形成。具体的，所述第一连杆1‑1与第一万向铰内轴线R121所在端连接，第二连杆1‑2与第一万向铰外轴线R122所在端连接，第三连杆1‑3与第二万向铰内轴线R141所在端连接，第二万向铰外轴线R142所在端与动平台20连接。进一步的，第一转动副R11的轴线与第一万向铰内轴线R121平行，第一万向铰外轴线R122与第二万向铰内轴线R141平行，且与第一移动副P13的移动方向垂直。
[0023] 所述第二主动支链L2包括两个转动副、一个万向铰和一个移动副，按照从定平台10到动平台20的顺序依次为第二转动副R21、第三万向铰U22、第二移动副P23和第三转动副R24，其中，第三万向铰U22的两条转动轴线分别是第三万向铰内轴线R221和第三万向铰外轴线R222。第二转动副R21的一端与定平台10连接，第二转动副R21的另一端通过第四连杆2‑1与第三万向铰U22的一端连接，第三万向铰U22的另一端通过第二移动副P23与所述第三转动副R24的一端连接，第三转动副R24的另一端与动平台20连接。所述第二移动副P23由第五连杆2‑
2和第六连杆2‑3滑动连接组成。具体的，所述第四连杆2‑1与第三万向铰内轴线R221所在端连接，第五连杆2‑2与第三万向铰外轴线R222所在端连接。进一步的，第二转动副R21的轴线与第三万向铰内轴线R221平行，第三万向铰外轴线R222与第三转动副R24的轴线平行，且与第二移动副P23的移动方向垂直。
[0024] 所述第三主动支链L3与第一主动支链L1的结构相同，包括一个转动副、一个移动副和两个万向铰，按照从定平台10到动平台20的顺序依次为第四转动副R31、第四万向铰U32、第三移动副P33和第五万向铰U34，其中第四万向铰U32的两条转动轴线分别为第四万向铰内轴线R321和第四万向铰外轴线R322，第五万向铰U34的两条转动轴线分别为第五万向铰内轴线R341和第五万向铰外轴线R342。所述第四转动副R31的一端与定平台10连接，另一端通过第七连杆3‑1与第四万向铰U32的一端连接，第四万向铰U32的另一端通过第三移动副P33与第五万向铰U34的一端连接，第五万向铰U34的另一端与动平台20连接。具体的，第三移动副P33由相对滑动的第八连杆3‑2和第九连杆3‑3组成，所述第七连杆3‑1与第四万向铰内轴线R321所在端连接，所述第八连杆3‑2与第四万向铰外轴线R322所在端连接，第九连杆3‑3与第五万向铰内轴线R341所在端连接，第五万向铰外轴线R342所在端与动平台20连接。进一步的，第四转动副R31的轴线与第四万向铰内轴线R321垂直，第四万向铰外轴线R322与第五万向铰内轴线R341平行，且与第三移动副P33的移动方向垂直。
[0025] 所述恰约束支链L4包括第四移动副P41和圆柱副C42，第四移动副P41的一端和圆柱副C42的一端分别与定平台10和动平台20直接相连，第四移动副P41通过第十连杆4‑1与圆柱副C42相连。其中，第四移动副P41的移动方向与圆柱副C42的轴线垂直。
[0026] 本实施例中，第一主动支链L1中的第一转动副R11的轴线、第二主动支链L2中的第二转动副R21的轴线和第三主动支链L3中的第四转动副R31的轴线三者两两相互垂直，且第二主动支链L2中的第二转动副R21的轴线与恰约束支链L4中的第四移动副P41的移动方向平行。
[0027] 进一步优化本方案，第一主动支链L1中的第二万向铰外轴线R142、第二主动支链L2中的第三转动副R24的轴线、第三主动支链L3中的第五万向铰外轴线R342以及恰约束支链L4中的圆柱副C42的轴线四者共面设置，第一主动支链L1中的第二万向铰外轴线R142、恰约束支链L4中的圆柱副C42的轴线和第二主动支链L2中的第三转动副R24的轴线三者平行且分布在同一条直线上，并与第三主动支链L3中的第五万向铰外轴线R342垂直设置。
[0028] 所述动平台为矩形平台，第一主动支链L1中的第二万向铰U14、恰约束支链L4中的圆柱副C42和第二主动支链L2中的第三转动副R24沿动平台20第一侧边的长度方向依次设置，第三主动支链L3中的第五万向铰U34连接在动平台20的第二侧边上，且第二侧边垂直于第一侧边。
[0029] 上述并联机构中，以第一主动支链L1中的第一转动副R11为第一主动支链L1的主动副，以第二主动支链L2中的第二转动副R21为第二主动支链L2的主动副，以第三主动支链L3中的第四转动副R31为第三主动支链L3的主动副。利用驱动机构分别驱动三条主动支链的主动副，可以实现动平台在空间中一转动、两移动的运动。所述驱动机构选择伺服电机。
[0030] 本发明的控制原理如下：本发明通过伺服电机驱动主动副，通过三条主动支链对动平台20提供动力。第一驱动电机通过驱动第一主动支链L1中的第一转动副R11，使得动平台20沿第四主动支链L4中的第四移动副P41的移动方向进行移动；第二驱动电机驱动第二主动支链L2中的第二转动副R21，使得动平台20沿恰约束支链L4中的圆柱副C42的轴线方向进行移动；第三驱动电机驱动第三主动支链L3中的第四转动副R31，使得动平台20绕恰约束支链L4中的圆柱副C42的轴线方向进行转动，从而实现该并联机构在空间内的一转动两移动三个自由度的运动。
[0031] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。
