一种三转一移并联机构制造技术

本发明专利技术公开了一种三转一移并联机构，包括动平台和定平台；包括连接在定平台与动平台之间的四条结构相同的非约束支链和一条约束支链；约束支链约束动平台在X轴和Y轴方向的移动。该技术方案通过一简单地在非约束支链连接的六自由度并联机构中通过设置一约束支链对X、Y轴方向的移动自由度进行约束，实现了在X、Y、Z三个方向的转动和Z轴方向的移动。另外，当该三转一移并联机构应用于人工耳蜗植入装置时，通过在动平台上添加人工耳蜗植入装置实现X或Y方向的一个移动自由度，则可实现医疗手术中三转二移并联机构。有效解决了现有并联机构不能满足医疗手术机器人需求的问题。本技术方案具有结构简单，易于控制和实施，便于普及推广应用。

A parallel mechanism with three turn and one shift

The invention discloses a three-turn-one-move parallel mechanism, which comprises a moving platform and a fixed platform, four unconstrained branched chains and a treaty bundle branched chains with the same structure connected between the fixed platform and the moving platform, and a restrained branched chain restraining the movement of the moving platform in the direction of X-axis and Y-axis. The technical scheme realizes the rotation in X, Y and Z directions and the movement in Z axis directions by simply setting a constraint branch chain in a 6-DOF parallel mechanism with unconstrained branch chain connection. In addition, when the three-turn-one-shift parallel mechanism is applied to the cochlear implant device, the three-turn-two-shift parallel mechanism in medical operation can be realized by adding the cochlear implant device to the moving platform to achieve a degree of freedom in X or Y direction. It effectively solves the problem that the existing parallel mechanism can not meet the needs of medical operation robot. The technical proposal has the advantages of simple structure, easy control and implementation, and is convenient for popularization and application.

【技术实现步骤摘要】
一种三转一移并联机构
本专利技术涉及一种少自由度并联机器人，特别是涉及一种三转一移四自由度的并联机构。
技术介绍
并联机器人具有定位精度高、负载能力强、刚度大、结构紧凑、容易控制等优点，广泛的应用于模拟运动、对接运动以及承载运动等领域。少自由度并联机器人具有机构复杂度低、运动学和动力学模型简单等优点，可以与串联机器人进行优势互补设计出更加灵活的机械结构。近年来，少自由度并联机器人的研究成为热点。少自由度并联机构是自由度少于6的并联机构，可以应用于许多适用并联机构的操作，但不需要全部的6个自由度的工作任务。与六自由度并联机构相比，少自由度并联机器人具有的驱动件少、构件少、控制简单方便，成本低廉。同时可有效减少过多机构带来的约束性，使机构更加灵活可靠。现有技术中的少自由度并联机器人机构很少有实现在空间中绕X,Y,Z轴的旋转以及沿Z轴平移这四个自由度。该四自由度并联机器人可用于医疗中的微手术领域，如人工耳蜗植入手术，以及在四足仿生机器人领域中用于四足机器人的主动脊椎。如公告号为CN203092560U的中国技术专利公开了一种两转一移三自由度无过约束非对称并联机构，其包括动平台、机架以及连接它们的三个分支，其中第一分支中的球副与机架连接，转动副与动平台连接，球副与转动副之间通过移动副连接，其中移动副轴线与转动副轴线垂直；第二分支中的万向铰与机架连接，转动副与动平台连接，万向铰与转动副之间通过移动副连接，其中转动副轴线既平行于万向饺的第二转动副轴线，又垂直于移动副轴线；第三分支中的万向铰与机架连接、球副与动平台连接，万向铰与球副之间通过移动副连接，其中移动副轴线垂直于万向铰的第二转动副轴线；上述第一分支中转动副轴线与第二分支中转动副轴线不平行。再如公开号为CN105936044A的中国专利技术专利申请公开了一种完全解耦式两转一移三自由度并联机构，其包括定平台、动平台以及连接这两个平台的三条支链，第一支链上、F连杆分别通过虎克铰和转动副与动平台和定平台连接，第二支链上、F连杆通过球副和虎克铰与动平台和定平台连接，第三支链上、F连杆均通过转动副与动平台和定平台连接，这三个支链的上、F连杆均通过移动副连接，所述第三支链连接动平台的转动副轴线与第一支链中虎克匀铰连接动平台的轴线重合，第三支链连接定平台的转动副轴线平行于第一支链转动副轴线，且与第二支链中虎克铰接定平台的轴线重合。上述这些现有技术所公开的少自由度并联机构均通过各支链与动平台或定平台的连接相互制约实现自由度的约束，该方式使得控制变得复杂，且均为两转一移三自由度并联机构，不能满足医疗中的微手术应用，如人工耳蜗植入手术。该手术用机器人需要至少四个自由度的并联机构。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种三转一移并联机构，其通过一简单地在非约束支链连接的六自由度并联机构中通过设置一约束支链对X、Y轴方向的移动自由度进行约束，实现了在X、Y、Z三个方向的转动和Z轴方向的移动。另外，当该三转一移并联机构应用于人工耳蜗植入装置(手术)时，通过在动平台上添加人工耳蜗植入夹具实现X或Y方向的一个移动自由度，则可实现医疗手术中三转二移并联机构。有效解决了现有并联机构不能满足医疗手术机器人需求的问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术采用的技术方案是：一种三转一移并联机构，包括动平台和定平台；包括连接在所述定平台与动平台之间的四条结构相同的非约束支链和一条约束支链；所述约束支链约束所述动平台在X轴和Y轴方向的移动。该技术方案通过一简单地在非约束支链连接的六自由度并联机构中通过设置一约束支链对X、Y轴方向的移动自由度进行约束，实现了在X、Y、Z三个方向的转动和Z轴方向的移动。另外，当该三转一移并联机构应用于人工耳蜗植入装置时，通过在动平台上添加人工耳蜗植入夹具实现X或Y方向的一个移动自由度，则可实现医疗手术中三转二移并联机构。有效解决了现有并联机构不能满足医疗手术机器人需求的问题。本技术方案具有结构简单，易于控制和实施，便于普及推广应用。作为优选，所述四条非约束支链与动平台的四个连接点呈矩形分布在动平台的同一圆周上，所述四条非约束支链与定平台的四个连接点呈矩形分布在定平台的同一圆周上；所述约束支链设置于所述四条非约束支链的中间。该四条非约束支链呈矩形的设置结构，更加有助理对X、Y轴方向的转动控制，并通过设置在中间的约束支链的约束，实现对X、Y轴方向移动自由度的约束，无冗余约束。使得控制更加简约、准确。并具体地，所述约束支链包括圆柱副和设置在所述圆柱副一端上的万向节。进一步地，所述圆柱副的另一端固定在所述定平台上。作为优选，所述非约束支链包括伸缩杆、分别设置在所述伸缩杆两端的转动副对和球副。由于采用独立的约束支链进行X、Y方向的移动自由度限制，使得非约束支链的设置更加自由，而该采用转动副对和球副的设置使得结构更加简单。具体地，所述转动副对包括一端与所述伸缩杆的底端作固定连接的第一转动副，和一端通过一第二枢轴线与所述定平台枢接的第二转动副；所述第一转动副与所述第二转动副通过一第一枢轴线相互枢接；所述第一枢轴线与所述定平台所在的平面平行，所述第二枢轴线与所述定平台所在的平面垂直；所述第一枢轴线与所述第二枢轴线相互垂直且相交。通过枢轴线相互交叉垂直的转动副对与球副的配合设置，既可保证动平台的灵活性，同时可更加精确控制在X、Y轴方向的转动。作为另一具体的方案，所述转动副对包括一端与所述伸缩杆的顶端作固定连接的第一转动副，和一端通过第二枢轴线与所述动平台枢接的第二转动副；所述第一转动副与所述第二转动副通过一第一枢轴线相互枢接；所述第一枢轴线与所述动平台所在的平面平行，所述第二枢轴线与所述动平台所在的平面垂直；所述第一枢轴线与所述第二枢轴线相互垂直且相交。作为优选，所述的伸缩杆包括直线电机或液压缸或是连接在导轨上的电安装滚珠丝杠。具体地，所述圆柱副的另一端固定在所述动平台上，所述万向节的一端连接在所述定平台上。该设置可增加约束支链的刚性，增加对动平台在X、Y轴方向的移动限制。本专利技术技术方案通过采用一具有Z轴自由度的约束支链来约束具有六自由度的非约束支链，使得该三转一移四自由度并联机构结构简单、工作空间大、更加易于控制。本专利技术四自由度并联机器人适用领域广泛，可用于并联机床、人工耳蜗植入机器人以及四足机器人脊椎设计等，有很好的应用前景。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为图1中B处的放大视图。图3为图1中C处的放大视图。其中：动平台51、定平台52、非约束支链53、球副531、转动副对532、伸缩杆533、第一转动副534、第二转动副535、第一枢轴线536、第二枢轴线537、约束支链54、圆柱副541、支杆542、万向节543、第三枢轴线544、第四枢轴线545。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的具体描述。需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。参见图1，一种三转一移并联机构，包括动平台51、定平台52、非约束支链53和约束支链54。该非约束支链53为四条，呈矩形分布设置在动平台51和定平台52之间，该约束支链54为一条，设置在动平台51和定平台52之间。在本实施例中，该四条非约束支链5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三转一移并联机构，包括动平台(51)和定平台(52)；其特征在于：包括连接在所述动平台(51)与定平台(52)之间的四条结构相同的非约束支链(53)和一条约束支链(54)；所述约束支链(54)约束所述动平台(51)在X轴和Y轴方向的移动。

【技术特征摘要】
1.一种三转一移并联机构，包括动平台(51)和定平台(52)；其特征在于：包括连接在所述动平台(51)与定平台(52)之间的四条结构相同的非约束支链(53)和一条约束支链(54)；所述约束支链(54)约束所述动平台(51)在X轴和Y轴方向的移动。2.根据权利要求1所述的三转一移并联机构，其特征在于：所述四条非约束支链(53)与动平台(51)的四个连接点呈矩形分布在动平台(51)的同一圆周上，所述四条非约束支链(53)与定平台(52)的四个连接点呈矩形分布在定平台(52)的同一圆周上；所述约束支链(54)设置于所述四条非约束支链(53)的中间。3.根据权利要求1或2所述的三转一移并联机构，其特征在于：所述约束支链(54)包括圆柱副(541)和设置在所述圆柱副(541)一端上的万向节(543)。4.根据权利要求3所述的三转一移并联机构，其特征在于：所述圆柱副(541)的另一端固定在所述定平台(52)上。5.根据权利要求3或4所述的三转一移并联机构，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎建军，赵凯，王斌锐，陈迪剑，齐强，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33